【煉氣·30】煉氣期畢業(yè)項(xiàng)目做一個(gè)溫度顯示器把前29篇串起來(lái)碼農(nóng)修仙傳 · 煉氣期 · 第30篇我是玄芯散人帶你從煉氣修到大乘。境界標(biāo)識(shí)╔══════════════════════════════════════╗ ║ 煉氣期 · 第30篇 ║ ║ 煉氣期畢業(yè)項(xiàng)目溫度顯示器 ║ ║ ADCUARTTIMLCD綜合實(shí)戰(zhàn) ║ ║ 預(yù)計(jì)閱讀18分鐘 ║ ╚══════════════════════════════════════╝修仙引入修煉講究法度。學(xué)了一身功法卻從來(lái)不打一場(chǎng)等真刀真槍的時(shí)候手腳發(fā)軟。煉氣期你學(xué)了GPIO點(diǎn)燈學(xué)了UART打字學(xué)了按鍵中斷學(xué)了定時(shí)器閃爍LED。這些都是散招。畢業(yè)之前得把散招串成一套連招。這一篇的畢業(yè)項(xiàng)目做一個(gè)溫度顯示器。用STM32F103的ADC讀取芯片內(nèi)部溫度傳感器定時(shí)器每秒觸發(fā)一次采集串口把溫度值打到電腦上LCD1602同時(shí)顯示當(dāng)前溫度。四個(gè)外設(shè)配合工作一個(gè)項(xiàng)目串起來(lái)。硬核主體項(xiàng)目需求拆解先理清楚做什么再動(dòng)手。功能一讀取溫度。用STM32F103自帶的內(nèi)部溫度傳感器不需要外接器件。這個(gè)溫度傳感器連在A(yíng)DC1的channel 16上測(cè)的是芯片自己的溫度不是環(huán)境溫度。精度不高誤差能到好幾度但作為畢業(yè)練習(xí)完全夠用。功能二定時(shí)采集。每秒讀一次溫度不能靠HAL_Delay死等用定時(shí)器中斷觸發(fā)CPU在兩次采樣之間可以做別的事。功能三串口輸出。每次采樣完通過(guò)UART把溫度值發(fā)到電腦用串口助手查看方便調(diào)試。功能四LCD顯示。LCD1602顯示當(dāng)前溫度I2C接口驅(qū)動(dòng)省引腳。溫度顯示器數(shù)據(jù)流TIM3每1秒溢出中斷ADC1 CH16讀取溫度傳感器溫度換算原始值→電壓→攝氏度UART發(fā)送溫度字符串LCD1602I2C顯示溫度CubeMX配置一個(gè)項(xiàng)目要配四個(gè)外設(shè)CubeMX里一個(gè)個(gè)來(lái)。ADC配置選ADC1勾選Temperature Sensor Channel。這個(gè)通道是固定的channel 16不需要接外部引腳。ADC參數(shù)設(shè)置里分辨率選12位采樣時(shí)間選239.5個(gè)ADC時(shí)鐘周期溫度傳感器需要較長(zhǎng)的采樣時(shí)間才能穩(wěn)定。定時(shí)器配置選TIM3和上一篇一樣。PSC填7199ARR填9999。72MHz除以7200等于10kHz數(shù)10000次溢出溢出周期1秒。NVIC Settings里勾選TIM3 global interrupt。UART配置選USART1波特率1152008位數(shù)據(jù)1位停止位無(wú)校驗(yàn)。跟第27篇一樣的配法。I2C配置選I2C1標(biāo)準(zhǔn)模式100kHz。LCD1602帶I2C轉(zhuǎn)接板用PCF8574地址常見(jiàn)0x4E對(duì)應(yīng)PCF8574芯片或0x7E對(duì)應(yīng)PCF8574A芯片具體看模塊背面的芯片型號(hào)。生成代碼后CubeMX會(huì)幫你初始化所有外設(shè)。你要做的是把這些外設(shè)串到一起。溫度傳感器的工作原理STM32F103的內(nèi)部溫度傳感器輸出一個(gè)電壓跟溫度成線(xiàn)性關(guān)系。數(shù)據(jù)手冊(cè)里給了公式溫度(°C) (V25 - V_sense) / Avg_Slope 25V25是25度時(shí)傳感器的輸出電壓數(shù)據(jù)手冊(cè)給的典型值是1.43V。Avg_Slope是溫度每升高1度電壓下降多少典型值4.3mV/°C。V_sense是ADC讀到的電壓值。ADC是12位的量程0到3.3V所以ADC原始值的換算電壓 原始值 × 3.3 / 4096。合起來(lái)溫度的計(jì)算公式/* ADC原始值轉(zhuǎn)換為溫度攝氏度 */floatadc_to_temperature(uint32_traw){floatvoltageraw*3.3f/4096.0f;/* ADC值轉(zhuǎn)電壓 */floattemp(1.43f-voltage)/0.0043f;/* 電壓轉(zhuǎn)溫度 */returntemp25.0f;/* 加上25度基準(zhǔn) */}為什么是1.43減voltage因?yàn)闇囟仍礁邆鞲衅鬏敵龅碾妷涸降汀?5度時(shí)是1.43V溫度每升1度降4.3mV。所以25度時(shí)的電壓減去當(dāng)前電壓除以每度變化量就得到比25度高了多少度。這個(gè)公式算出來(lái)的溫度誤差不小正負(fù)1.5度算正常的。內(nèi)部溫度傳感器測(cè)的是芯片溫度芯片工作時(shí)會(huì)發(fā)熱測(cè)出來(lái)的溫度通常比環(huán)境溫度高幾度。想測(cè)環(huán)境溫度得外接DS18B20這類(lèi)數(shù)字溫度傳感器但那是以后的事。ADC讀取單次轉(zhuǎn)換模式ADC有好幾種工作模式這里用最簡(jiǎn)單的單次轉(zhuǎn)換。每次讀溫度時(shí)啟動(dòng)一次ADC轉(zhuǎn)換等轉(zhuǎn)換完成讀結(jié)果。/* 讀取ADC1 channel 16內(nèi)部溫度傳感器的值 */uint32_tread_adc_temp(void){ADC_ChannelConfTypeDef sConfig{0};sConfig.ChannelADC_CHANNEL_TEMPSENSOR;/* channel 16 */sConfig.Rank1;sConfig.SamplingTimeADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5;/* 溫度傳感器需要長(zhǎng)采樣 */HAL_ADC_ConfigChannel(hadc1,sConfig);HAL_ADC_Start(hadc1);/* 啟動(dòng)ADC */HAL_ADC_PollForConversion(hadc1,HAL_MAX_DELAY);/* 等轉(zhuǎn)換完成 */uint32_tvalueHAL_ADC_GetValue(hadc1);/* 讀結(jié)果 */HAL_ADC_Stop(hadc1);/* 停ADC */returnvalue;}HAL_ADC_PollForConversion是阻塞等待但ADC轉(zhuǎn)換很快12位分辨率加239.5周期采樣時(shí)間總共不到100微秒阻塞這一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間無(wú)所謂。如果后續(xù)要同時(shí)采集多個(gè)通道可以用DMA加掃描模式但畢業(yè)項(xiàng)目用單次轉(zhuǎn)換就夠了。簡(jiǎn)單可靠容易理解。定時(shí)器觸發(fā)采集上一篇你學(xué)了用定時(shí)器中斷閃爍LED。這里把LED翻轉(zhuǎn)換成溫度采集。/* TIM3每1秒溢出中斷一次 */voidHAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef*htim){if(htim-InstanceTIM3){/* 1. 讀ADC溫度傳感器 */uint32_trawread_adc_temp();floattempadc_to_temperature(raw);/* 2. 串口輸出溫度 */charbuf[32];snprintf(buf,sizeof(buf),Temp: %.1f C\r\n,temp);HAL_UART_Transmit(huart1,(uint8_t*)buf,strlen(buf),100);/* 3. LCD顯示溫度 */lcd_show_temp(temp);}}定時(shí)器中斷回調(diào)里做了幾件事讀ADC算溫度然后串口發(fā)送加LCD刷新。這一套在一秒里跑一次CPU在兩次中斷之間完全空閑。有個(gè)問(wèn)題要注意。定時(shí)器回調(diào)里調(diào)用HAL_ADC_PollForConversion這種阻塞函數(shù)如果ADC轉(zhuǎn)換耗時(shí)太長(zhǎng)會(huì)干擾其他中斷響應(yīng)。這里ADC轉(zhuǎn)換不到100微秒問(wèn)題不大。但如果在更嚴(yán)格的項(xiàng)目里中斷回調(diào)應(yīng)該只設(shè)標(biāo)志位真正的工作放到主循環(huán)里做。LCD1602顯示LCD1602帶PCF8574 I2C轉(zhuǎn)接板只需要4根線(xiàn)。VCC和GND供電SDA接PB7SCL接PB6對(duì)應(yīng)STM32的I2C1接口。LCD1602的驅(qū)動(dòng)有一套固定的初始化序列和命令格式網(wǎng)上有大量現(xiàn)成庫(kù)。煉氣期不深究I2C協(xié)議細(xì)節(jié)用一個(gè)簡(jiǎn)化版的驅(qū)動(dòng)說(shuō)明思路/* LCD1602 I2C 簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)基于PCF8574 */#defineLCD_ADDR0x4E/* PCF8574常見(jiàn)地址視跳線(xiàn)而定 *//* 發(fā)送一個(gè)字節(jié)到LCD */voidlcd_write_byte(uint8_tdata,uint8_tmode){/* mode: 0命令, 1數(shù)據(jù) */uint8_thi(data0xF0)|0x08|mode;/* 高4位背光RS */uint8_tlo((data4)0xF0)|0x08|mode;/* 低4位 */HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c1,LCD_ADDR,hi,1,100);/* 使能脈沖 */hi|0x04;/* EN1 */HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c1,LCD_ADDR,hi,1,100);hi~0x04;/* EN0 */HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c1,LCD_ADDR,hi,1,100);HAL_Delay(2);/* 低4位同理 */HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c1,LCD_ADDR,lo,1,100);lo|0x04;HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c1,LCD_ADDR,lo,1,100);lo~0x04;HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c1,LCD_ADDR,lo,1,100);HAL_Delay(2);}/* 顯示溫度到LCD */voidlcd_show_temp(floattemp){/* 第一行顯示標(biāo)題 */lcd_write_byte(0x80,0);/* 光標(biāo)移到第一行起始 */lcd_write_byte(0x80,0);constchar*titleTemperature:;while(*title)lcd_write_byte(*title,1);/* 第二行顯示數(shù)值 */lcd_write_byte(0xC0,0);/* 光標(biāo)移到第二行起始 */lcd_write_byte(0xC0,0);charbuf[16];snprintf(buf,sizeof(buf),%.1f C ,temp);char*pbuf;while(*p)lcd_write_byte(*p,1);}LCD1602每次發(fā)一個(gè)字節(jié)要拆成兩個(gè)4位傳送因?yàn)镻CF8574是8位IO擴(kuò)展LCD1602數(shù)據(jù)口是4位模式。每次傳送需要一個(gè)使能脈沖EN引腳從高變低時(shí)LCD讀取數(shù)據(jù)。這些時(shí)序細(xì)節(jié)不用全記住用現(xiàn)成庫(kù)就行理解原理就好。主程序代碼把所有部件拼到一起#includemain.h#includestring.h#includestdio.h/* 函數(shù)聲明 */uint32_tread_adc_temp(void);floatadc_to_temperature(uint32_traw);voidlcd_init(void);voidlcd_show_temp(floattemp);intmain(void){HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_ADC1_Init();MX_USART1_UART_Init();MX_I2C1_Init();MX_TIM3_Init();lcd_init();/* 初始化LCD */HAL_TIM_Base_Start_IT(htim3);/* 啟動(dòng)定時(shí)器中斷 *//* 發(fā)送啟動(dòng)消息 */constchar*msgTemp Monitor Ready\r\n;HAL_UART_Transmit(huart1,(uint8_t*)msg,strlen(msg),100);while(1){/* 主循環(huán)空閑所有工作在定時(shí)器中斷里完成 *//* 可以在這里加按鍵檢測(cè)、低功耗模式等 */}}整個(gè)程序的結(jié)構(gòu)很清晰初始化所有外設(shè)啟動(dòng)定時(shí)器主循環(huán)空閑。每秒定時(shí)器中斷觸發(fā)一次讀ADC算溫度發(fā)串口刷LCD一氣呵成。數(shù)據(jù)流時(shí)序LCD1602USART1CPUADC1TIM3定時(shí)器LCD1602USART1CPUADC1TIM3定時(shí)器1秒到觸發(fā)中斷啟動(dòng)轉(zhuǎn)換CH16返回原始值換算溫度發(fā)送溫度字符串刷新顯示中斷返回等下一秒整個(gè)鏈路定時(shí)器中斷觸發(fā)到LCD刷新完成耗時(shí)不超過(guò)幾毫秒。剩下的99%時(shí)間CPU完全空閑可以加別的功能比如按鍵切換顯示模式或者加個(gè)蜂鳴器在溫度超閾值時(shí)報(bào)警。調(diào)試順序做這種多外設(shè)配合的項(xiàng)目別一次全配上再調(diào)。一次加一個(gè)外設(shè)每加一個(gè)先驗(yàn)證能跑。第一步先調(diào)ADC把原始值打到串口看數(shù)字。用手捂住芯片溫度應(yīng)該緩慢上升松手后下降。如果數(shù)值一直是0或者4095檢查ADC通道配置和采樣時(shí)間。第二步調(diào)溫度公式。把ADC原始值和算出來(lái)的溫度同時(shí)通過(guò)串口輸出對(duì)比一下。室溫環(huán)境下芯片溫度一般在30到40度之間。如果算出來(lái)是負(fù)數(shù)或者上百公式寫(xiě)錯(cuò)了。第三步加定時(shí)器。讓定時(shí)器每秒觸發(fā)一次ADC讀取串口每秒打印一行溫度。如果串口沒(méi)輸出或者一次打印好幾行檢查定時(shí)器中斷有沒(méi)有正確使能。第四步加LCD。先讓LCD顯示一個(gè)固定字符串確認(rèn)I2C通信正常。再改成顯示動(dòng)態(tài)溫度值。如果LCD不顯示先檢查I2C地址對(duì)不對(duì)用I2C掃描函數(shù)掃一遍總線(xiàn)上有哪些設(shè)備。這個(gè)項(xiàng)目教了你什么單獨(dú)看每個(gè)外設(shè)都不難。GPIO點(diǎn)燈你早會(huì)了UART打字也會(huì)了定時(shí)器中斷上一篇?jiǎng)倢W(xué)的。ADC是新東西但讀取接口就那三步配置通道啟動(dòng)轉(zhuǎn)換讀值。LCD的I2C驅(qū)動(dòng)稍微復(fù)雜一點(diǎn)但網(wǎng)上有現(xiàn)成庫(kù)。真正的難點(diǎn)不在單個(gè)外設(shè)在于把多個(gè)外設(shè)拼到一個(gè)項(xiàng)目里讓它們協(xié)調(diào)工作。初始化順序中斷優(yōu)先級(jí)阻塞函數(shù)放哪里數(shù)據(jù)在不同模塊之間怎么傳遞這些才是工程能力。你做了一個(gè)能讀溫度并輸出到串口和LCD的項(xiàng)目。點(diǎn)燈到這一步煉氣期的功夫就練完了。修仙術(shù)語(yǔ)對(duì)照表修仙術(shù)語(yǔ)技術(shù)現(xiàn)實(shí)本篇位置散招單個(gè)外設(shè)的使用GPIO/UART/ADC項(xiàng)目需求拆解連招多外設(shè)配合組成可運(yùn)行項(xiàng)目項(xiàng)目需求拆解靈脈探溫ADC讀取內(nèi)部溫度傳感器溫度傳感器原理周天循環(huán)定時(shí)器每秒觸發(fā)一次采集流程定時(shí)器觸發(fā)采集傳音符串口輸出溫度值串口輸出顯形石LCD1602顯示溫度LCD1602顯示法器組裝CubeMX配置多個(gè)外設(shè)CubeMX配置煉丹火候ADC采樣時(shí)間設(shè)置239.5周期A(yíng)DC讀取搬運(yùn)靈氣ADC原始值到溫度值的換算溫度傳感器原理靈力調(diào)度中斷回調(diào)里串聯(lián)多個(gè)外設(shè)操作定時(shí)器觸發(fā)采集凝液成丹多外設(shè)拼裝為可運(yùn)行項(xiàng)目主程序代碼逐層試法一次加一個(gè)外設(shè)逐步調(diào)試調(diào)試順序進(jìn)階條件能畫(huà)出溫度顯示器的數(shù)據(jù)流圖說(shuō)清定時(shí)器中斷到LCD刷新的全鏈路能用公式將ADC原始值換算為攝氏度知道V251.43V和Avg_Slope4.3mV/°C的含義能解釋為什么內(nèi)部溫度傳感器測(cè)的不是環(huán)境溫度以及誤差來(lái)源能在CubeMX中同時(shí)配置多個(gè)外設(shè)ADC/TIM/UART/I2C能寫(xiě)出定時(shí)器中斷回調(diào)函數(shù)在回調(diào)里完成ADC讀取溫度換算和結(jié)果輸出知道多外設(shè)項(xiàng)目要逐個(gè)調(diào)試驗(yàn)證能說(shuō)出調(diào)試的四個(gè)步驟能解釋為什么中斷回調(diào)里不宜放耗時(shí)操作以及主循環(huán)空閑的好處煉氣期到這里就畢業(yè)了。下一篇進(jìn)入筑基期你將理解代碼背后的計(jì)算機(jī)原理。下期預(yù)告 互動(dòng)下一篇【筑基·31】你已經(jīng)筑基了嗎筑基不是多寫(xiě)了幾年代碼就行得能說(shuō)清楚代碼在計(jì)算機(jī)里怎么跑的。筑基的判斷標(biāo)準(zhǔn)CS基礎(chǔ)四座地基概述。煉氣到筑基不是量的積累是視角的升級(jí)。問(wèn)你這個(gè)項(xiàng)目里四個(gè)外設(shè)你覺(jué)得哪個(gè)最難調(diào)試是ADC的溫度換算還是LCD的I2C通信如果要給這個(gè)溫度顯示器加一個(gè)功能你會(huì)加什么報(bào)警蜂鳴器歷史溫度記錄還是無(wú)線(xiàn)傳輸我是玄芯散人帶你從煉氣修到大乘。本文是「碼農(nóng)修仙傳」系列第30篇。系列導(dǎo)航見(jiàn) xren.ren