嵌入式论文以DMA方式将电位器电压ADC转换输出到串口PC和液晶LCD的设计.doc

以DMA方式将电位器电压ADC转换输出到串口PC和液晶LCD的设计 学院：机电工程学院 专业：农业工程 姓名：梁晔 学号：201490905891、 设计思路以野火ISO-MINI为硬件基础，编写程序使电位器两端电压经过模数转换，以DMA（Direct Memory Access，直接内存存取）方式将电位器两端电压进过ADC模数转换串口输出到PC和LCD液晶显示屏。1、直接内存访问DMADMA(Direct Memory Access，直接内存存取) 是所有现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU 的大量中断负载。否则，CPU 需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器，然后把它们再次写回到新的地方。在这个时间中，CPU 对于其他的工作来说就无法使用。DMA原理：DMA 传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间。当CPU初始化这个传输动作，传输动作本身是由 DMA 控制器来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区。像是这样的操作并没有让处理器工作拖延，反而可以被重新排程去处理其他的工作。DMA 传输对于高效能 嵌入式系统算法和网络是很重要的。在实现DMA传输时，是由DMA控制器直接掌管总线，因此，存在着一个总线控制权转移问题。即DMA传输前，CPU要把总线控制权交给DMA控制器，而在结束DMA传输后，DMA控制器应立即把总线控制权再交回给CPU。一个完整的DMA传输过程必须经过DMA请求、DMA响应、DMA传输、DMA结束4个步骤DMA请求：CPU对DMA控制器初始化，并向I/O接口发出操作命令，I/O接口提出DMA请求。DMA响应：DMA控制器对DMA请求判别优先级及屏蔽，向总线裁决逻辑提出总线请求。当CPU执行完当前总线周期即可释放总线控制权。此时，总线裁决逻辑输出总线应答，表示DMA已经响应，通过DMA控制器通知I/O接口开始DMA传输。DMA传输：DMA控制器获得总线控制权后，CPU即刻挂起或只执行内部操作，由DMA控制器输出读写命令，直接控制RAM与I/O接口进行DMA传输；在DMA控制器的控制下，在存储器和外部设备之间直接进行数据传送，在传送过程中不需要中央处理器的参与。开始时需提供要传送的数据的起始位置和数据长度。DMA结束：当完成规定的成批数据传送后，DMA控制器释放总线控制权，并向I/O接口发出结束信号。当I/O接口收到结束信号后，一方面停止I/O设备的工作，另一方面向CPU提出中断请求，使CPU从不介入的状态解脱，并执行一段检查次DMA传输操作正确性的代码。最后，带着本次操作结果及状态继续执行原来的程序。 由此可见，DMA传输方式无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为RAM与I/O设备开辟一条直接传送数据的通路，使CPU的效率大为提高。2、模数转换器ADC简介ADC (Analog to Digital Converter)，模/数转换器。在模拟信号需要以数字形式处理、存储或传输时，模/数转换器几乎必不可少。野火STM32开发板用的是STM32F103VET6，属于增强型的CPU，它有18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高/低阀值。 3、液晶显示屏LCD简介LCD，即液晶显示器，因为其功耗低、体积小，承载的信息量大，因而被广泛用于信息输出、与用户进行交互，目前仍是各种电子显示设备的主流。 因为 STM32 内部没有集成专用的液晶屏和触摸屏的控制接口，所以在显示面板中应自带含有这些驱动芯片的驱动电路(液晶屏和触摸屏的驱动电路是独立的)，STM32 芯片通过驱动芯片来控制液晶屏和触摸屏。以野火 3.2 寸液晶屏（240*320）为例，它使用ILI9341芯片控制液晶屏。4、ILI9341 控制器结构 液晶屏的控制芯片内部结构非常复杂，见下图。最主要的是位于中间的GRAM(Graphics RAM)，可以理解为显存。GRAM 中每个存储单元都对应着液晶面板的一个像素点。它右侧的各种模块共同作用把 GRAM 存储单元的数据转化成液晶面板的控制信号，使像素点呈现特定的颜色，而像素点组合起来则成为一幅完整的图像。 框图的左上角为 ILI9341 的主要控制信号线和配置引脚，根据其不同状态设置可以使芯片工作在不同的模式，如每个像素点的位数是 6、16 还是 18位；使用 SPI 接口还是 8080 接口与 MCU 进行通讯；使用 8080 接口的哪种模式。MCU 通过 SPI 或 8080 接口与 ILI9341 进行通讯，从而访问它的控制寄存器(CR)、地址计数器(AC)、及 GRAM。 在 GRAM 的左侧还有一个 LED 控制器(LED Controller)。LCD 为非发光性的显示装置，它需要借助背光源才能达到显示功能，LED 控制器就是用来控制液晶屏中的 LED 背光源。5、英文字模LCD的显示是有一个一个的小晶格组合而成的，用字模生成软件，以字符的形状转化成16进制编码生成字模文件，进行编号后的字模文件供LCD显示函数调用，常用的ASCII码如下：2、 设计内容1、主函数程序如下/ * * file main.c * author liangye * version V1.0 * date 2014-12-11 * brief ADC采集电位器电压传输到PC及LCD * * attention * * 实验平台:野火 ISO-MINI STM32 开发板 */#include stm32f10x.h#include bsp_usart1.h#include bsp_ili9341_lcd.h#include bsp_adc.hextern void Lcd_Delay(_IO uint32_t nCount);/ ADC1转换的电压以DMA方式传到SRAMextern _IO uint16_t ADC_ConvertedValue;/ 局部变量，用于保存转换计算后的电压值 float ADC_ConvertedValueLocal; /定义采集完成转换后的ADC数值类型/*软件延时*/void Delay(_IO uint32_t nCount) for(; nCount != 0; nCount-); /* * brief 主函数 * param 无 * retval 无 */int main(void)/*LCD显示的配置*/ LCD_Init(); /LCD初始化LCD_Clear(0, 0, 240, 320, BACKGROUND);/配置LCD液晶的显示高度，分辨率 LCD_DispStr(80, 60, (uint8_t *)THE Voltage is, WHITE);/LCD上显示标题 /*串口及ADC配置*/USART1_Config(); /配置串口USART1ADC1_Init(); /配置ADC1和把ADC1配置成DMA模式while (1)ADC_ConvertedValueLocal =(float) ADC_ConvertedValue/4096*3.3; / 读取转换的AD值 printf(rn -ADC(DMA) to PC-rn); /向pc发送标题信printf(rn The current AD value = 0x%04X rn, ADC_ConvertedValue); /向PC输出16进制电压值printf(rn The current AD value = %f V rn,ADC_ConvertedValueLocal); /向PC输出10进制电压值LCD_DispStr(160, 100, (uint8_t *)V, BLUE2); /LCD液晶在160,100位置显示字母V,颜色为浅蓝色LCD_DisTsl(100, 100, ADC_ConvertedValueLocal, GREEN); /将10进制AD值通过LCD_DisTsl函数输出到100,100位置Lcd_Delay(0xAFFf4);/LCD显示延时Delay(0xffffee); /软件延时/*END OF FILE*/2、 程序解读1) 将程序头文件包含进来#include stm32f10x.h/是标准外设库的入口,使用标准外设库的代码中 必须包含该头文件#include bsp_usart1.h/是串口通信头文件#include bsp_ili9341_lcd.h/是ili9341LCD的头文件#include bsp_adc.h/是ADC模数转换的头文件2) 定义变量设置DMA方式extern void Lcd_Delay(_IO uint32_t nCount);/ ADC1转换的电压以DMA方式传到SRAMvoid Lcd_Delay(_IO uint32_t nCount) /定义LCD延时函数 for(; nCount != 0; nCount-);extern _IO uint16_t ADC_ConvertedValue;/ 局部变量，用于保存转换计算后的电压值 强制定义一个16位变量ADC_ConvertedValuefloat ADC_ConvertedValueLocal; /定义采集完成转换后的ADC数值类型void Delay(_IO uint32_t nCount) for(; nCount != 0; nCount-); 软件延时3) LCD显示的配置 LCD_Init();/LCD初始化在bsp_ili9341_lcd.c中void LCD_Init(void)LCD_GPIO_Config();/LCD的GPIO配置LCD_FSMC_Config();/片上外设的配置LCD_Rst();/LCD复位配置LCD_REG_Config();/LCD颜色配置LCD_Clear(0, 0, 240, 320, BACKGROUND);/配置LCD液晶的显示高度，分辨率 void LCD_Clear(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t width, uint16_t height, uint16_t color)uint32_t i = 0;/* 列地址控制设置*/LCD_ILI9341_CMD(0X2A);LCD_ILI9341_Parameter( x 8 ); /*先高8位后低8位*/LCD_ILI9341_Parameter( x & 0xff ); /* 列开始位置 */ LCD_ILI9341_Parameter( (x+width-1) 8 ); /* 列结束位置 */LCD_ILI9341_Parameter( (x+width-1) & 0xff );/* 页地址控制设置 */ LCD_ILI9341_CMD(0X2B); LCD_ILI9341_Parameter( y 8 );/* 页开始 */LCD_ILI9341_Parameter( y & 0xff );LCD_ILI9341_Parameter( (y+height-1) 8); /* 页结束 */LCD_ILI9341_Parameter( (y+height-1) & 0xff);/* 内存写入 */LCD_ILI9341_CMD(0x2c);for( i=0; i width*height; i+ )LCD_WR_Data( color );/Delay(0x0FFf);LCD_DispStr(80, 60, (uint8_t *)THE Voltage is, WHITE);/LCD显示字符串函数，此条命令用于显示标题 LCD_DispChar、LCD_DispStr、LCD_DisNum、LCD_DisTsl等函数后面单独介绍4) 串口及ADC配置USART1_Config();/配置串口USART1void USART1_Config(void)GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;USART_InitTypeDef USART_InitStructure;/* 配置串口时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);/* 串口通信GPIO配置 */* 配置串口PA.9工作在推挽输出模式 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;/复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;/速度50MhzGPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); /定义成一个结构体 /* 配置串口PA.10工作在浮空输入模式 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;/浮空输入GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);/定义成一个结构体/* 串口通信模式设置 */USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;/波特率设置在115200USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);/* 使能串口1接收中断*/USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);USART_Cmd(USART1, ENABLE); USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC); USART1_NVIC_Config();ADC1_Init();/配置ADC1和把ADC1配置成DMA模式5) While循环ADC_ConvertedValueLocal =(float) ADC_ConvertedValue/4096*3.3; / 读取转换的AD值printf(rn The current AD value = 0x%04X rn, ADC_ConvertedValue);/向PC输出16进制电压值printf(rn The current AD value = %f V rn,ADC_ConvertedValueLocal); /向PC输出10进制电压值printf(rn -ADC(DMA) to PC-rn);/向pc发送标题信6) LCD_DispChar、LCD_DispStr、LCD_DisTsl函数LCD_DispCharvoid LCD_DispChar(uint16_t x, uint16_t y, uint8_t ascii, uint16_t color)/x,y位置，与对应ascii信息，颜色uint16_t page, column, temp, i;i = ascii - ;LCD_OpenWindow(x, y, STR_WIDTH, STR_HEIGHT);/LCD分辨率配置函数，配置LCD高度与宽度LCD_ILI9341_CMD(0X2C);for( page=0; page STR_HEIGHT; page+ )temp = asc2_1206ipage;for( column=0; column = 1;/* 一行写完 */* 全部写完 */LCD_DispStrvoid LCD_DispStr(uint16_t x, uint16_t y, uint8_t *pstr, uint16_t color)/x,y位置，ascii中对应的编号，颜色while( *pstr != 0 )if( x (COLUMN-STR_WIDTH) )x = 0;y += STR_HEIGHT;if( y (PAGE-STR_HEIGHT) )x = 0;y = 0;LCD_DispChar(x, y, *pstr, color);/字符显示函数x += STR_WIDTH;pstr+;LCD_DisTsl/*变量转换成字符串，显示输出函数*/void LCD_DisTsl(uint1