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1、嵌入式系统原理及应用综合实验kok电子竞技专业班级：姓名： 学 号：_时 间：_指导教师：_2017年 9 月 17 日嵌入式系统原理及应用综合实验kok电子竞技摘要：信盈达电子有限公司产品信盈达智能穿戴开发平台，广泛应用于嵌入式生产实训教学中。该文通过分析stm32f40xxx系列微控制器的架构和操作原理，通过使用信盈达智能穿戴开发平台，给出了相关的编程设计方法和注意事项关键词：嵌入式 stm32 智能穿戴。1 引言ieee（institute of electrical and electronics engineers，美国电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装

2、置”。原文为：devices used to control，monitor or assist the operation of equipment，machinery or plants）。嵌入式系统，通常指一种专用的计算机设备，或作为装置和设备的一部分，亦或是指单纯的一块控制电路板。事实上带有数字接口的设备都使用了嵌入式系统。从应用对象上加以定义，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基。碛布可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。本次实训采用了信盈达智能穿戴开发平

3、台，通过为期一周的学习，快速掌握了stm32f40xxx系列微控制器的基础使用方法，并通过编程实现了相关的功能。2 总体设计方案2.1 设计思路2.1.1设计一个智能穿戴系统，实现下列功能：显示小组姓名、班级、学号；显示实时温度、湿度；测量并显示心率；测量并显示血压；返回初始界面。2.2 设计方框图3 系统硬件设计3.1 微控制器电路的设计图1 stm32f11微控制器电路3.2 按键电路的设计图2 按键电路3.3温湿度检测电路图3 sht20温湿度检测电路sht20是新一代sensirion湿度和温度传感器，采用数字输出方案，带有i2c接口，具有优异的长期稳定性，本电路采用i2c方案进行通讯

4、。3.4 oled显示电路图4 oled显示电路平台搭载了一款13264大小的oled屏幕。oled是有机发光二极管的缩写，又称有机电激光显示、有机发光半导体。其具有自发光、广视角、超高对比度、低耗电的优良性能，为一种高端的显示设备。4 系统软件设计图5 系统流程图相关程序编写：main函数所需头文件：#include stm32f4xx.h#include key.h#include led.h#include exti.h#include uart.h#include delay.h#include timer.h#include oled.h#include spi.h#include

5、bmp.h#include iic.h#include sht20.h按键程序：在main函数中，按键程序采用switch语句，按下后累计按下次数，以此选择软件功能模块。switch(page)case 1: oled_clear();name_page();break;case 2: oled_clear();clock_page();break;case 3: oled_clear();pulse_page();break;case 4:oled_clear();bp_page();break;case 5:oled_clear();kal_km_page();break; default

6、:break;spi程序：spi 是一种全双工串行接口，英文全称： serial peripheral interface，可处理多个连接到指定总线上的主机和从机。在数据传输过程中，总线上只能有一个主机和一个从机通信。在数据传输中，主机总是会向从机发送一帧 8到 16 个位的数据，而从机也总会向主机发送一帧字节数据。“全双工”意义为：主机、从机同时给对方发送数据。 spi，是一种高速的，全双工， 同步的通信总线(“同步” 的意思是数据传输需要时钟线)，并且在芯片的管脚上只占用四根线，“信盈达智能穿戴设备开发平台”上的 oled 屏使用的是 spi 接口。spi 控制器的初始化步骤有以下几步：（

7、1） 使能 spi 复用功能所映射的 gpio 口时钟。（2） spi 控制器时钟使能。（3） 配置 gpio 为复用功能。（ mosi/miso/clk）（4） gpio 复用功能为第几复用功能（ afx）。（5） 配置 gpio 输出速率为 50mhz。（6） 配置 spix-cr1 寄存器。 相关代码如下所示：void spi1_init(void)rcc-ahb1enr |= 1apb2enr |= 1moder &= (0x3f moder |= 0x2a afr0 &= (0xfff afr0 |= 0x555 ospeedr &= (0x3f ospeedr |= 0x2a cr

8、1 = 0;spi1-cr1 |= 3 cr1 |= 1 cr1 |= 4 cr1 |= 1 sr & (1dr = val;while (spi1-sr & (1dr); sht20芯片程序： #include iic.h #include delay.h#include sht20.h#define sht20addr 0x80 /sht20写地址#define ack 0 /应答信号#define nack 1 /非应答信号#define fail 1 /读取温湿度失败的返回值。#define read_temp_comd 0xf3 /读取温度命令#define read_humi_co

9、md 0xf5 /读取湿度命令temphumivalue_t temp_humi_value;static void sht20_setresolution(void);static void sht20_setresolution(void);void sht20_softreset(void);static u8 sht20_writeonebyte(u8 datatowrite)u8 ack; ack = iic_writebyte(datatowrite); /发送字节return ack;void sht20_softreset(void) iic_start(); /start i

10、2csht20_writeonebyte(sht20addr&0xfe); /i2c address + writesht20_writeonebyte(0xfe); /soft resetiic_stop(); /stop i2c void sht20_init(void)sht20_softreset();static u8 sht20_readonebyte(u8 ack)u8 temp;temp=iic_readbyte(ack); return temp;static void sht20_setresolution(void) iic_start(); /start i2c if(

11、sht20_writeonebyte(sht20addr&0xfe)=ack) /i2c address + write + ack if(sht20_writeonebyte(0xe6)=ack) /写用户寄存器 if(sht20_writeonebyte(0x83)=ack); /设置分辨率 11bit rh% 测量时间：12ms(typ.) & 11bit t 测量时间：9ms(typ.) iic_stop(); /stop i2c float sht20_readtemorhum(u8 commod)float temp; /温度u8 ack=1;u8 msb,lsb; /温度、相对湿

12、度的寄存器数据float humidity,temperature; /温湿度的转换结果sht20_setresolution(); /设置帧率8bit,9bit,10 bit,11bit ,12bit,13bit,14bitiic_start(); /iic开始信号ack = sht20_writeonebyte(sht20addr&0xfe);if( ack = ack ) /写地址，并等待ack if(sht20_writeonebyte(commod)=ack) /写命令 dodelay_ms(6); /延时iic_start(); /发送开始信号while(sht20_writeon

13、ebyte(sht20addr|0x01)=nack); /无应答则整形，还在测量中，如果有应答，则结束当前循环msb = sht20_readonebyte(ack); /读data(msb)，给应答acklsb = sht20_readonebyte(ack); /读data(lsb)，给应答acksht20_readonebyte(nack); /读checksum ，不给应答nack iic_stop(); /stop i2clsb &= 0xfc; /data (lsb) 的后两位在进行物理计算前前须置0 temp = msb*256 + lsb; /十六进制转成十进制if (com

14、mod=(u8)read_humi_comd) /命令为读取湿度的命令 /*- calculate relative humidity %rh -*/ humidity =(temp*125)/65536-6; /公式: rh%= -6 + 125 * srh/216return humidity; /返回值：humidity else if(commod=(u8)read_temp_comd) /命令为读取温度的命令 /*- calculate temperature c -*/temperature = (temp*175.72f)/65536-46.85f; /公式:t= -46.85

15、+ 175.72 * st/216return temperature; /返回值：temperature return fail;temphumivalue_t * sht20_readtemandhum(void)temp_humi_value.humidity = sht20_readtemorhum(read_humi_comd);/读取湿度temp_humi_value.temperature = sht20_readtemorhum(read_temp_comd);/读取湿度return &temp_humi_value; oled初始化程序： /初始化ssd1306 void o

16、led_init(void) oled_pininit(); oled_deselect(); /不选择oledoled_reset();oled_writebyte(0xae,oled_cmd);/-turn off oled paneloled_writebyte(0x02,oled_cmd);/-set low column addressoled_writebyte(0x10,oled_cmd);/-set high column addressoled_writebyte(0x40,oled_cmd);/-set start line address set mapping ram

17、display start line (0x000x3f)oled_writebyte(0x81,oled_cmd);/-set contrast control registeroled_writebyte(0xcf,oled_cmd); / set seg output current brightnessoled_writebyte(0xa1,oled_cmd);/-set seg/column mapping 0xa0左右反置 0xa1正常oled_writebyte(0xc8,oled_cmd);/set com/row scan direction 0xc0上下反置 0xc8正常o

18、led_writebyte(0xa6,oled_cmd);/-set normal displayoled_writebyte(0xa8,oled_cmd);/-set multiplex ratio(1 to 64)oled_writebyte(0x3f,oled_cmd);/-1/64 dutyoled_writebyte(0xd3,oled_cmd);/-set display offsetshift mapping ram counter (0x000x3f)oled_writebyte(0x00,oled_cmd);/-not offsetoled_writebyte(0xd5,ol

19、ed_cmd);/-set display clock divide ratio/oscillator frequencyoled_writebyte(0x80,oled_cmd);/-set divide ratio, set clock as 100 frames/secoled_writebyte(0xd9,oled_cmd);/-set pre-charge periodoled_writebyte(0xf1,oled_cmd);/set pre-charge as 15 clocks & discharge as 1 clockoled_writebyte(0xda,oled_cmd

20、);/-set com pins hardware configurationoled_writebyte(0x12,oled_cmd);oled_writebyte(0xdb,oled_cmd);/-set vcomholed_writebyte(0x40,oled_cmd);/set vcom deselect leveloled_writebyte(0x20,oled_cmd);/-set page addressing mode (0x00/0x01/0x02)oled_writebyte(0x02,oled_cmd);/oled_writebyte(0x8d,oled_cmd);/-

21、set charge pump enable/disableoled_writebyte(0x14,oled_cmd);/-set(0x10) disableoled_writebyte(0xa4,oled_cmd);/ disable entire display on (0xa4/0xa5)oled_writebyte(0xa6,oled_cmd);/ disable inverse display on (0xa6/a7) oled_writebyte(0xaf,oled_cmd);/-turn on oled paneloled_writebyte(0xaf,oled_cmd); /*

22、display on*/ oled_clear();oled_setpos(0,0); 5 结束语 通过本次为期五天的嵌入式实训，让我对上个学期学习的嵌入式相关只是有了深一步的了解。通过本次实验，我感觉收获还是蛮多的。可能我对于嵌入式的知识学习的还是不太多，但是这之外的东西收获颇丰。这就是一个自我学习的过程。当我们通过实验去学习理论知识时，自己动手得出的结论，不仅能加深我们对嵌入式的理解，更能加深我们对此的记忆。参考文献1陈志旺.stm32嵌入式微控制器快速上手（第二kok电子竞技）.北京：电子工业出kok电子竞技社，2014.52嵌入式系统原理及应用.北京：北京邮电大学出kok电子竞技社，20093 桑楠.嵌入式系统原理及应用

23、开发技术. 北京：北航大学出kok电子竞技社，2003附录电路原理图：main.c程序#include stm32f4xx.h#include key.h#include led.h#include exti.h#include uart.h#include delay.h#include timer.h#include oled.h#include spi.h#include bmp.h#include iic.h#include sht20.h#include hp6.h#include mpu6050.hu8 page = 0;void clock_page(void);void pulse_pag

24、e(void);void bp_page(void);void step_page(void);void kal_km_page(void);int main()/裸机程序结构 delay_init(100);led_init();key_init();spi1_init();oled_init();iic_pininit();sht20_init();hp_6_init(); /初始化hp6心率血压 模块 mpu_init();/hp_6_versioninfo();while (1)switch(page)case 0:oled_clear(); kal_km_page();case 1:

25、 oled_clear();clock_page();break;case 2: oled_clear();pulse_page();break;case 3:oled_clear();bp_page();break; default:break;void kal_km_page (void)while(1) oled_showchinese(0, 0, 0);oled_showchinese(16, 0, 1);oled_showchinese(32, 0, 2);oled_showchinese(48, 0, 3);oled_showchinese(64, 0, 4);oled_showc

26、hinese(80, 0, 5);oled_showchinese(0, 2, 6);oled_showchinese(16, 2, 7);oled_showchinese(32, 2, 8);oled_showchinese(48, 2, 9);oled_showchinese(64, 2, 10);oled_showchinese(80, 2, 11);if(key_scan()page = page +1; /切换到page1iic_stop();break; /跳出当前页面 void clock_page(void)temphumivalue_t humi_temp_val ; /温湿

27、度u8 uibuf40; while(1)humi_temp_val = *sht20_readtemandhum();/获取温度sprintf(char*)uibuf,%02dc %02d,(char)humi_temp_val.temperature,(char)humi_temp_val.humidity); / 以整数显示oled_showstring(10,6,uibuf,16); oled_showstring(10+8*7,6,%,16); if(key_scan()page = page +1; /切换到page1iic_stop();break; /跳出当前页面 void p

28、ulse_page(void)static u8 oldpulseval = 0; /上一次的心率值u8 uibuf40; u8 pulsebuf24 = 0;hp_6_openrate(); /打开心率测量oled_showstring(10,4,pulse,16); while(1)/oled_showstring(10,4,pulse,16); / hp_6_getrateresult();/hp_6_getresultdata(pulsebuf);/sprintf(char*)uibuf,%03d,pulsebuf7); / /byte 7是心率结果/oled_showstring(1

29、0,6,uibuf,16); /delay_ms(100);if(pulsebuf7 & pulsebuf7!= oldpulseval) /如果可以获得心率结果，表明测量成功，则关闭心率测量oldpulseval = pulsebuf7;hp_6_closerate();sprintf(char*)uibuf,%03d,pulsebuf7); / /byte 7是心率结果oled_showstring(10,6,uibuf,16); else /如果获取不到心率结果，则每隔100毫秒钟获取心率值hp_6_getrateresult();hp_6_getresultdata(pulsebuf)

30、;delay_ms(100);if(key_scan()page = page +1; /切换到page2hp_6_closerate(); /关闭心率测量iic_stop();break; /跳出当前页面 void bp_page(void)u8 uibuf40; u8 bpbuf24 = 0;hp_6_openbp(); /打开血压测量 while(1) hp_6_getbpresult(); /获取血压测量状态 hp_6_getresultdata(bpbuf); if(0 = bpbuf7) /byte 7是血压测量的状态:0测量中，1测量完成、2测量失败 oled_showstrin

31、g(10,4,testing,16); else if(1 = bpbuf7) oled_showstring(10,4,success,16);sprintf(char*)uibuf,%03d/%03d mmgh, bpbuf10, bpbuf11);/byte 10是血压测量结果的高压,byte 11是血压测量结果的低压oled_showstring(10,6,uibuf,16); hp_6_closebp(); else if(2 = bpbuf7) hp_6_closebp(); oled_showstring(10,4,fail ,16); else /do nothingdelay_ms(100); if(key_scan()page =0; /切换到page3hp_6_closebp(); /关闭血压测量iic_stop();break; /跳出当前页面