嵌入式原理与应用-基于STM32CubeIDE与HAL库 课件 项目8 综合应用-基于RTC实时时钟的智能电子万年历设计

嵌入式原理与应用集成电路学院

嵌入式课程组综合应用—基于RTC实时时钟的智能电子万年历设计项目88.1LCD1602驱动显示01LCD1602参数与结构02LCD1602显示了解LCD1602参数与结构。了解LCD1602显示技术。学会LCD1602显示代码设计。任务内容：任务要求：LCD1602参数与结构01LCD1602参数与结构LCD1602是一种常用的字符型液晶显示模块，它由16列和2行字符组成，每个字符由5x8点阵构成。LCD1602模块通常用于嵌入式系统中，作为信息显示的输出设备，具有显示简单文本、数字、符号等功能。LCD1602广泛应用于信息显示、用户界面、环境监测、控制面板等各种嵌入式系统和电子设备中，是实现信息显示和用户交互的重要组成部分，LCD1602如下图所示。LCD1602参数与结构LCD1602参数显示字符:16×2个字符工作电压:4.5~5V工作电流:2.0mA工作温度：-20°C~70°C模块最佳工作电压:5.0V单个字符尺寸2.95×4.35（W×Hmm）引脚：16脚LCD1602参数与结构VSS（Ground）：地线引脚，连接到电路的地线或地板。VDD（PowerSupply）：电源引脚，连接到正极，通常接5V电源。VO（ContrastAdjustment）：对比度调节引脚，通过调节电压来调整显示器的对比度。RS（RegisterSelect）：寄存器选择引脚，用于选择数据或命令的传输。当RS为低电平时，数据为命令；当RS为高电平时，数据为显示数据。RW（Read/Write）：读/写引脚，用于控制数据的读写操作。当RW为低电平时，进行写操作；当RW为高电平时，进行读操作。在一般的应用中，通常将RW接地，进行写操作。E（Enable）：使能引脚，用于控制LCD模块的读写操作。当E由低电平变为高电平时，LCD模块开始执行命令或接收数据。D0-D7（DataLines）：数据线引脚，用于传输数据和命令。在4位模式下，只使用D4-D7；在8位模式下，使用全部的D0-D7。A（Anode）：背光灯阳极引脚，连接到正极，用于控制LCD的背光。K（Cathode）：背光灯阴极引脚，连接到负极，用于控制LCD的背光。LCD1602显示02LCD1602显示一、LCD1602显示位置LCD1602内置了一个80字节的DDRAM，用来存放显示的内容，而LCD1602一共2行16列，因此只需要使用到其中的32个DDRAM。显示位置1234567...16DDRAM地址第一行0x000x010x020x030x040x050x06...0x0f第二行0x400x410x420x430x440x450x46...0x4fLCD1602显示二、LCD1602读写操作LCD1602读操作可以分为读状态和读数据，写操作可以分为写指令和写数据，LCD1602读写操作引脚状态如下表所示。操作控制引脚状态输入/输出读状态RS=L,RW=H,E=H输出读数据RS=H,RW=H,E=H输出写指令RS=L,RW=L,D0~D7=指令码，E=高脉冲输入写数据RS=H,RW=L,D0~D7=数据，E=高脉冲输入LCD1602显示在LCD1602读写时序如下图所示，在LCD1602的读时序中，首先需要将RS引脚置低以选择读取命令或数据，将RW引脚置高以指示读取操作，然后将E引脚置高，LCD准备好发送数据。此时，可以从数据总线D0-D7读取相应的数据。在读取完成后，将E引脚置低以结束数据传输。LCD1602显示在LCD1602的写时序中，首先需要将RS引脚置低以选择写入命令或数据，将RW引脚置低以指示写入操作，然后将要写入的命令或数据写入数据总线D0-D7。随后，将E引脚置高，LCD将接收数据并执行相应的操作。在写入完成后，将E引脚置低以结束数据传输。LCD1602显示三、LCD1602指令集LCD1602内部控制器共有11条控制指令，读/写操作、屏幕、光标操作都是通过指令编程来实现的，通过D7~D0的8位数据传输数据和指令。LCD1602显示四、LCD1602显示代码设计在Proteus中新建基于STM32F103C8的工程，在元件模式中添加“LM016L”并绘制仿真电路图，如图所示。PA0-PA2作为控制信号分别连接LCD1602的RS、RW和E，PB0-PB7作为数据口连接D0-D7。仿真有默认的VSS、VDD、VEE，因此电路中不做连接。LCD1602显示LCD1602接口配置代码一般都在“lcd1602.h”中，如果更换单片机或者更换GPIO口都需要在头文件中重新定义接口。项目“lcd1602.h”代码。LCD1602显示屏幕初始化代码LCD1602显示字符串代码“voidLCD_ShowString(uint8_ty,uint8_tx,char*str)”LCD1602显示LCD屏幕指定位置显示指定的字符串仿真结果8.2RTC实时时钟应用01RTC简介03RTC信息读写与修改02STM32CubeMX初始化RTC了解实时时钟RTC。掌握用STM32CubeMX初始化RTC。掌握RTC信息读写与修改。任务内容：任务要求：RTC简介01RTC简介RTC：实时时钟（Real-TimeClock），是一种用于跟踪时间的电子设备或模块。它能够提供当前的时间和日期，并且通常包括了定时、闹钟和备份电源管理等功能。在断电情况下RTC仍可以独立运行，只要芯片的备用电源（电池）供电，RTC更然能够正常工作。STM32单片机的RTC是一个重要的模块，用于提供准确的时间和日期信息，通常被用于需要时间戳或定时功能的应用中。它通常与内部晶振结合使用，以确保高精度的时间跟踪和计时功能。RTC模块通常包括时钟源、计数器、定时器、闹钟功能以及备用电源管理等功能。RTC简介STM32单片机的RCT可以选择三种时钟源，HSE时钟除以128，LSE振荡器时钟，LSI振荡器时钟。HSE时钟除以128：HSE（高速外部时钟）是STM32的外部时钟源之一，它可以连接到外部晶振或时钟信号源。当选择HSE时钟作为RTC时钟源时，系统会将HSE时钟除以128用作RTC的时钟源。LSE振荡器时钟：LSE（低速外部时钟）是另一种外部时钟源，通常是一个32.768kHz的振荡器，用于提供高精度的低速时钟。LSE时钟通常用于RTC以及其他低功耗模式下的时钟需求。选择LSE振荡器作为RTC时钟源可以提供较高的精度和稳定性。LSI振荡器时钟：LSI（低速内部时钟）是STM32内部集成的一个低频时钟源，通常运行在40kHz的频率。LSI时钟是由芯片内部的RC振荡器提供的，它相对于外部时钟源来说精度较低。LSI时钟适用于低功耗应用和简单的计时功能，但在需要高精度时钟的应用中通常不被选择。STM32CubeMX初始化RTC02STM32CubeMX初始化RTC在STM32CubeMX中打开“ClockConfiguration”，设置RCT时钟源，我们选择40KHz的LSI振荡器时钟。STM32CubeMX初始化RTC在“Pinout&Configuration”里找到“Timers”，勾选“RTC”，并在右侧的“RTCModeandconfiguration”中勾选“ActivateClockSource”和“ActivateCalendar”。"ActivateClockSource"选项用于启用已选择的RTC时钟源"ActivateCalendar"选项用于激活RTC日历功能STM32CubeMX初始化RTC在启用时钟源和日历后就需要进行参数设置，参数设置包括数据格式选择和初始时间、日期的设定。其中的“WeekDay”需要根据万年历查找日期对应的是星期几再设定。DataFormat数据格式二进制数据格式（BinaryDataFormat）BCD数据格式（BCDDataFormat）RTC信息读写与修改03RTC信息读写与修改初始化完成后就可以在“main.c”中进行RTC代码编写，得到实时时钟信息后通过USART1输出到虚拟终端中进行观察。完整代码见教材。仿真结果。8.3DHT11温湿度传感器01DHT11简介03DHT11调试02DHT11接口与时序了解DHT11的功能与应用。学会DHT11调试方法。学会通过STM32的GPIO模块实现与DHT11传感器的通信。任务内容：任务要求：DHT11简介01DHT11简介DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，常用于与单片机连接。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。DHT11采用单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷，它具有超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，产品为4针单排引脚封装。DHT11接口与时序02DHT11接口与时序一、DHT11接口电路DHT11的1脚和4脚接电源和地，供电电压为3~5.5V。3脚悬空，2脚作为数据输入输出口与单片机相连，需要外接上拉电阻。传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚(VDD,GND)之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。DHT11接口与时序二、DHT11时序分析DHT11与单片机之间的通讯采用单总线数据格式，一次通讯时间大约4ms左右，数据分小数部分和整数部分，一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。DHT11接口与时序用户MCU发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据。从模式下，DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集，如果没有接收到主机发送开始信号，DHT11不会主动进行温湿度采集，采集数据后转换到低速模式。主机发送开始请求信号，时序图如下DHT11接口与时序DHT11响应信号如下图所示DHT11接口与时序数据格式：高电平的长短确定了数据位是0还是1，高电平在26~28us为数字0，高电平持续70us为数字1DHT11调试03DHT11调试STM32F103C8单片机的PA13连接DHT11，每隔一秒读取DHT11传感器的温湿度数据，并将温湿度数据通过串口PA9发送给虚拟终端。根据DHT11与单片机通信过程可知，双方通信最小时间单位为“us”，而HAL库提供的最小延时时间单位为“ms”，因此我们需要先编写出以“us”为单位的延时函数，为双方通信做准备。我们使用定时器TIM1编写延时函数，TIM1配置如下图所示，根据如图所示设置TIM1的每个计数脉冲周期都是1us。DHT11调试延时函数代码DHT11调试主函数代码DHT11调试仿真结果8.4综合应用01任务描述03编写代码02综合应用电路设计能独立使用Proteus设计仿真电路。能完整编写代码实现复杂系统功能。任务内容：任务要求：任务描述01任务描述本任务旨在利用STM32单片机实现一个功能丰富的实时时钟和温湿度监测系统。主要功能包括通过LCD1602显示当前的时间和日期，并且用户可以通过矩阵式键盘进行时间和日期的修改。此外，项目还集成了DHT11传感器，用于采集环境的温度和湿度信息，并将其实时显示在LCD上。具体功能包括：实时时钟功能：通过RTC模块实时显示当前的时间和日期，包括小时、分钟、秒钟、年、月和日。时间和日期修改：用户可以通过连接的矩阵式键盘修改当前的时间和日期，确保时钟的准确性。温湿度监测：集成DHT11传感器，实时监测环境的温度和湿度，并将数据显示在LCD上。用户界面：LCD1602提供了清晰的用户界面，用户可以轻松地查看当前的时间、日期、温度和湿度信息。通过这个项目，用户可以方便地获得当前的时间和日期，并且了解环境的温湿度情况，为家居环境的管理和控制提供了有用的参考数据。综合应用电路设计02综合应用电路设计在Proteus中新建基于STM32F103C8的工程，绘制电路图，PA0~PA2作为LCD1602控制引脚，PB0~PB7作为LCD1602数据引脚；DHT11与PA13连接；矩阵式键盘由PB8~PB15构成。编写代码03编写代码综合应用项目中的LCD1602驱动代码、DHT11驱动代码及矩阵式键盘扫描代码在之前的任务中都有详细的讲解，这里就不再重复介绍，综合应用