【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。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ADC1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。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)太長會(huì)干擾其他中斷響應(yīng)。這里ADC轉(zhuǎn)換不到100微秒問題不大。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。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。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)說明思路/* LCD1602 I2C 簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)基于PCF8574 */#defineLCD_ADDR0x4E/* PCF8574常見地址視跳線而定 *//* 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原始值和算出來的溫度同時(shí)通過串口輸出對(duì)比一下。室溫環(huán)境下芯片溫度一般在30到40度之間。如果算出來是負(fù)數(shù)或者上百公式寫錯(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。如果串口沒輸出或者一次打印好幾行檢查定時(shí)器中斷有沒有正確使能。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。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)語對(duì)照表修仙術(shù)語技術(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ADC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)階條件能畫出溫度顯示器的數(shù)據(jù)流圖說清定時(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)境溫度以及誤差來源能在CubeMX中同時(shí)配置多個(gè)外設(shè)ADC/TIM/UART/I2C能寫出定時(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了幾年代碼就行得能說清楚代碼在計(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)。問你這個(gè)項(xiàng)目里四個(gè)外設(shè)你覺得哪個(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線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 xren.ren