Lab5 uC/OS 室温计

实验连接示意图

所用器材列表

硬件

- STM32F103核心板一块
- USB串口板一块
- 面包板一块
- 两位7段数码管（共阳）一颗
- 360Ω 1/8W电阻2颗
- DHT-11温湿度传感器1个
- 面包线若干

软件

- 编译软件
- Fritzing

外部设备连线图

实验步骤、操作的命令和结果

1.设计输出方案，画连线示意图

2.在面包板上连线，完成外部电路

3.编写C/C++程序，测试程序和电路

1) 测试、实现uC/OS对GPIO的访问
2) 实现DHT-11数据的读
3) 实现以时分复用方式在四位7段数码管上一次显示0000-9999的数字
4) 用两个uC/OS任务，一个定时读DHT-11数据，一个轮询驱动数码管，一秒一次显示当前湿度和温度。注意处理好两个任务之间的数据共享

源代码

7段数码管程序

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void GPIO_Configuration(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_DeInit();
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);


    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13
                                | GPIO_Pin_14;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11
                                | GPIO_Pin_12;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0
                                | GPIO_Pin_1
                                | GPIO_Pin_2
                                | GPIO_Pin_3
                                | GPIO_Pin_4
                                | GPIO_Pin_5
                                | GPIO_Pin_6
                                | GPIO_Pin_7;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

void Delay_ms(int times){
    OSTimeDly(OS_TICKS_PER_SEC / 1000 * times);
}

void digit_select(int index){
    // 通过输出高电平选择点亮某个数字
    BitAction v[4];
    int i;
    for (i=0; i<4; i++){
        if (index == i){
            v[i] = Bit_SET;
        }else{
            v[i] = Bit_RESET;
        }
    }
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_11, v[0]);
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_12, v[1]);
    GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, v[2]);
    GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_14, v[3]);
}

void digit_show(int dight, int point){
    // 通过对引脚输出低电平点亮数码管段
    int segment, i, base;
    BitAction v[8];
    switch (dight){
        case    0    :    segment = 0xee; break; // 0b11101110  0 -> 7
        case    1    :    segment = 0x24; break; // 0b00100100
        case    2    :    segment = 0xba; break; // 0b10111010
        case    3    :    segment = 0xb6; break; // 0b10110110
        case    4    :    segment = 0x74; break; // 0b01110100
        case    5    :    segment = 0xd6; break; // 0b11010110
        case    6    :    segment = 0xde; break; // 0b11011110
        case    7    :    segment = 0xa4; break; // 0b10100100
        case    8    :    segment = 0xfe; break; // 0b11111110
        case    9    :    segment = 0xf6; break; // 0b11110110
        default        :    segment = 0xda; break; // 0b11011010 error state
    }
    segment |= point != 0; // 小数点为最低位
    base = 1 << 8;
    for (i=0; i<8; i++){
        base >>= 1;
        // segment中某位的1表示点亮，而输出低电平为点亮
        if ((segment & base )== 0){
            v[i] = Bit_SET;
        }else{
            v[i] = Bit_RESET;
        }
    }
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, v[0]);
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_1, v[1]);
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_2, v[2]);
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_3, v[3]);
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, v[4]);
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, v[5]);
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_6, v[6]);
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7, v[7]);
}

void led_show(int digit){
    // 时分复用的方式输出数字，每次调用led_show只输出一位数字
    static int index = -1;
    int i;
    int base = 1000;
    index = (index + 1) % 4;
    for (i=0; i<index; i++){
        base /= 10;
    }
    digit = (digit / base) % 10;
    digit_select(index);
    digit_show(digit, 0);
}

int ledValue = 0; // 这个值由task0写入，task1读取，都是单向的，所以可以不考虑线程之间的冲突

void LED0_task(void* pdata){
    while (1){
        ledValue++;
        Delay_ms(200);
    }
}

void LED1_task(void* pdata){
    while(1){
        led_show(ledValue);
        Delay_ms(7);
    }
}

DHT11数据读取及显示

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#define MAX_TICS 100000
#define DHT11_OK 0
#define DHT11_NO_CONN 1
#define DHT11_CS_ERROR 2
#define DHT11_PORT GPIOB
#define DHT11_PIN GPIO_Pin_0

void Delay_us(int times){
    // 我自己测大约这个delay函数需要的时间是1.4us * @times
    unsigned int i;
    for (i=0; i<times; i++){
        // 外层循环一次差不多1us，不过不是特别精确，所以不需要内层的循环了
        /*
        unsigned int j;
        for (j=0; j<0x3fff; j++){
        }
        */
    }
}

void ErrorState(int state){
    // 使用死循环自杀，并显示错误码
    while (1){
        led_show(state);
        Delay_us(4000);
    }
}

void DHT11_Set(int state){
    // 设置DHT11 GPIO口的值
    BitAction s;
    if (state){
        s = Bit_SET;
    }else{
        s = Bit_RESET;
    }
    GPIO_WriteBit(DHT11_PORT, DHT11_PIN, s);
}

void DHT11_Pin_OUT(){
    // 调整DHT11 GPIO口为输出模式
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(DHT11_PORT, &GPIO_InitStructure);

    DHT11_Set(1);
}

void DHT11_Pin_IN(){
    // 调整DHT11_GPIO口为输入模式
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(DHT11_PORT, &GPIO_InitStructure);

    DHT11_Set(1);
}

uint8_t DHT11_Check(){
    // 获取DHT11 GPIO口的数据，下方算式与调用函数等价
    return (DHT11_PORT->IDR & DHT11_PIN)> 0;
    //return GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_PORT, DHT11_PIN);
}

void DHT11_Wait(int state, int place){
    // 等待GPIO口变为state的值，超时自动自杀
    int loopCnt = MAX_TICS;
    while (DHT11_Check() != state){
        if (loopCnt -- == 0){
            ErrorState(1000 + state * 1000 + place);
        }
    }
}

void DHT11_Rst(){
    // stm32端输出握手信号
    DHT11_Pin_OUT();
    DHT11_Set(0);
    Delay_us(25000);
    DHT11_Set(1);
    Delay_us(40);
    DHT11_Set(0);
    // 转为接收模式准备读入DHT11的握手信号
    DHT11_Pin_IN();
}

int val = 10;

uint8_t DHT11_Read_Byte(){
    // 读入一个Byte
    int i, cnt;
    uint8_t data = 0;
    for (i=0; i<8; i++){
        cnt = 0;
        data <<= 1;
        // 当前为低电平，等待高电平
        DHT11_Wait(1, ++val);

        // 计算高电平持续的时间
        while (DHT11_Check() > 0){
            Delay_us(1);
            cnt++;
        }
        // 持续的足够久则为bit 1
        data |= cnt > 5;
    }
    return data;
}

uint8_t DHT11_Read_Data(uint8_t *buf){
    // 从DHT11内读取数据的函数
    int i;
    unsigned int cpu_sr;
    // 为了关闭中断进入临界区
    OS_ENTER_CRITICAL();
    val = 10;
    // 发送握手消息
    DHT11_Rst();
    // 如果给予了回复
    if (DHT11_Check() == 0){
        // 等待低电平过去
        DHT11_Wait(1, 2);
        // 等待高电平过去
        DHT11_Wait(0, 3);
        // 握手完成，开始读取40个bit
        for (i=0; i<5; i++){
            buf[i] = DHT11_Read_Byte();
        }

        // 重新将GPIO口置为输出模式
        DHT11_Pin_OUT();
        OS_EXIT_CRITICAL(); 

        // 判断校验和是否满足要求
        if (buf[0] + buf[1] + buf[2] + buf[3] == buf[4]){
            return DHT11_OK;
        }else{
            return DHT11_CS_ERROR;
        }
    }else{
        // 该分支表示没有收到回复
        OS_EXIT_CRITICAL(); 
        return DHT11_NO_CONN;
    }
}

uint8_t DHT11_Humidity(uint8_t *buf){
    // 返回湿度
    return buf[0];
}

uint8_t DHT11_Temperature(uint8_t *buf){
    // 返回温度
    return buf[2];
}