实验（七）：NVIC中断应用：精准延时的LED闪烁实验 |
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实验（七）：NVIC中断应用：精准延时的LED闪烁实验
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一、实验目的与任务
实验目的： 1. 学习对NVIC的使用； 2. 掌握KEIL5的仿真与调试。 任务： 1.根据要求编写程序，并写出原理性注释； 2. 将检查程序运行的结果，分析一下是否正确； 3. 完成所建工程的验证调试。 二、实验要求使目标板上红色LED按固定时间一直闪烁，其中点亮时间为500ms，熄灭时间为500ms。同时，在主程序中定义一个32位无符号变量CountOfToggle统计红色LED闪烁的次数，并且每当红色LED完成一次闪烁时，便在调试窗口中输出该变量的值，要求使用中断实现。 三、实验内容及步骤1. 设计电路图
图1 RGBLED灯与STM32单片机接口电路 2. 软件设计 后台（主程序）：后台流程有系统初始化加上一个无限循环构成，如图2所示。
图2 后台程序流程图 1）系统初始化 本实例中的STM32F103微控制器上电复位后,首先通过一系列初始化函数完成系统初始化工作,包括初始化引脚PA1(连接红色LED的复用引脚)、初始化NVIC和初始化TIM2等。 初始化引脚PA1.引脚PA1连接LED1。 初始化NVIC。初始化NVIC(设置TIM2中断)。 初始化TIM2。如需使用STM32F103微控制器的定时器中断,除了常规配置定时器)外,还需使能定时器的相关中断源。具体来说,本实验中初始化TIM2的软件流程如图3所示。
图3 初始化TIM2 本实例初始化TIM2过程中的每一步都可以由STM32F103x标准外设库中对应的库函数编程实现。 2）无限循环 无限循环是后台程序的主体部分。当系统初始化完成后，即始终陷于该无限循环中运行。在本例的后台循环中，不断查询TIM2更新中断标志变量flag（初始值0）并做相应的处理： 如果flag的值为0（即TIM2的更新还未发生或者已处理完毕），那么此时微控制器什么也不做，回到无限循环的起始处继续查询。 如果flag的值为1（即TIM2的更新中断发生且未被处理），那么此时微控制器将翻转连接红色LED的引脚PA1的输出，记录红色LED闪烁的次数，并将flag清零后回到无限循环的起始处重新开始查询。 前台（TIM2中断服务程序）本实例的前台软件由TIM2中断服务程序构成，该中断服务程序（因TIM2更新中断）每隔500ms被执行一次。 实验中对TIM2更新中断的处理（如翻转红色LED、统计其闪烁次数等）都由主程序实现，并根据TIM2更新中断标志变量的取值而执行。因此， 因此，TIM2中断服务程序非常简短，其主要工作就是将标志变量置1，具体流程如图4所示。
图4 TIM2中断服务程序流程图 除了将TIM2更新中断标志变量flag置1这一步外，前台流程的其他各步都可使用相应的库函数编程实现。 3. 实验步骤 （1）运行Keil uVision5开发环境，建立一个项目工程。 （2）在工程中添加main.c文件，因其本实验用到LED灯和OLED显示屏，所以将LED和OLED相关文件移植到工程中，如图5所示。
图5 文件移植 （3）在工程中添加定时器相关文件，因其本实验用定时器中断，故再建立一个Timer.c和Timer.h的两个文件，开启定时器中断（通用定时器TIM2），首先编写Timer.c的源代码，如图6所示。
图6 编写Timer.c代码 （4）编写Timer.h程序，方便以后工程文件以移植，使项目工程工具有移植性，如图7所示。
图7 编写Timer.h程序 运行并调试成功并无错误和警告。 （5）编写main.c程序，调用定时器2中断函数（计时中断），在主程序中进行初始化设置、标志位判断、LED闪烁，如图8所示。
图8 编写main.c程序 4. 调试验证及结果 （1）将开发板连接到电脑上，使用STLINK将程序烧录到STM32单片机中，如图9所示：
图9 烧录程序 （2）程序烧录后，观察到OLED 上显示LED闪烁次数如图10所示：
图10 OLED 上显示LED闪烁次数 四、实验代码分析（1）Timer.c程序： #include "stm32f10x.h" // Device header void Timer_Init(void){ //开启时钟，TIM2是APB1的时钟外设 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE); //选择时基单元的时钟，可以不选，默认上电后选择内部时钟 TIM_InternalClockConfig(TIM2); //配置时基单元 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//指定时钟分频 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//计数器模式 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 5000 - 1;//ARR自动重装器的值 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;//PSC预分频器的值 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;//重复计数器的值，高级定时器使用 TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure); //手动清除中断标志位，避免刚初始化完就进入中断 TIM_ClearFlag(TIM2,TIM_IT_Update); //使能中断 TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE); //配置NVIC NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //启动定时器 TIM_Cmd(TIM2,ENABLE); }（2）main.c程序： #include "stm32f10x.h" // Device header #include "Delay.h" #include "LED.h" #include "OLED.h" #include "Timer.h" uint32_t CountOfToggle;//计数变量 uint8_t flag = 0;//标志位 int main(void) { OLED_Init(); Timer_Init(); LED_Init(); OLED_ShowString(1, 1, "Num:"); while (1) { OLED_ShowNum(1, 5, CountOfToggle / 2, 5); if(flag == 1) { LED1_Turn(); flag = 0; CountOfToggle++; } } } void TIM2_IRQHandler(void) { //判断中断 if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET) { flag = 1; //清除中断标志位 TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update); } } 五、实验总结本次实验是学习嵌入式系统中NVIC的使用，掌握如何使用中断实现目标板上红色LED的闪烁，并且在每次闪烁完成后在调OLED显示屏上显示LED闪烁次数的实验。在实验中，我们需要了解NVIC的概念和使用方法，熟悉如何在STM32F1系列的单片机中使用NVIC，以及如何使用中断处理程序来控制外设的操作。 首先，我们需要在主程序中定义一个32位无符号变量CountOfToggle来记录LED闪烁的次数，同时使用定时器中断来控制LED的闪烁时间，并使用GPIO控制LED的开关。在程序的启动阶段，我们需要初始化定时器和GPIO，以及NVIC的相关设置。在定时器中断中，我们需要控制LED的开关和CountOfToggle的值，并将CountOfToggle的值通过I2C协议传输到调OLED显示屏上。 在实验中，我们需要注意以下几点： 在编写程序时，需要根据芯片型号选择正确的头文件和库文件，并且在KEIL中配置正确的编译和下载选项，确保程序能够正确编译和下载到单片机中。在使用NVIC时，需要注意优先级的设置，通常中断优先级需要比任务优先级高，以确保中断能够得到及时处理。在使用定时器中断时，需要根据定时器的时钟源和分频系数来设置定时器的计数周期，以及计数器溢出的时间间隔，以达到所需的闪烁时间。在使用GPIO时，需要注意GPIO口的初始化和配置，以及控制GPIO口状态的方法。通过本次实验，我更深入地了解了NVIC的概念和使用方法，学会了使用中断来控制外设的操作，并且通过使用I2C协议将数据传输到调OLED显示屏上，掌握了更多与硬件交互的方法。同时，在编写程序的过程中，我注意到了代码风格和注释的重要性，这有助于提高代码的可读性和可维护性。在调试程序时，我也学会了如何使用KEIL的仿真和调试工具，能够更快速地定位问题并进行修复。 总的来说，本次实验让我收获颇丰，对于嵌入式系统的开发和调试都有了更深入的了解，也为我今后的学习和工作奠定了良好的基础。 源码：实验7 |
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