第十二届蓝桥杯嵌入式模拟测试（HAL库）
前言
这是笔者第一次用HAL库以及STM32G4系列编写程序，其中颇有不足，请多多指正！
题目要求
框架图
功能要求
基本功能
- 测量竞赛板上电位器R37输出的模拟电压信号VR37，并通过LCD实现数据的实时显示。
- 通过按键完成显示界面切换、参数设置等功能。
- 通过LED指示灯完成状态指示功能。
- 输出指定频率、占空比的PWM信号。
- 设计要求：
- 电压数据刷新时间：≤0.5秒。
- 按键响应时间：≤0.1秒。
- 根据试题要求设计合理的电压数据采样频率，并对ADC采样到的电压数据进行有效的数字滤波。
显示功能
- 数据界面
通过液晶屏显示三个数据项，包括：界面名称Data、电位器R37输出的电压值V和电压状态A，电压值保留小数点后2位有效数字。
- 参数界面
通过液晶屏显示三个数据项，包括界面名称Para、电压参数Vmax和Vmin。电压参数保留小数点后1位有效数字。
显示说明：
- 显示背景色(BackColor)：黑色。
- 显示前景色(TextColor)：白色。
- 严格按照图示要求设计各信息项的名称,区分字母大小写和行列位置。
- 电压状态
- 当V > Vmax时，电压状态为1。
- 当V < Vmin时，电压状态为2。
- 当Vmin ≤ V ≤ Vmax时，电压状态为3。
按键功能
-
B1：界面切换按键，切换选择数据界面或参数界面。
-
B2：每次按下B2按键，Vmax参数减0.1V，当参数减到0.0V，再次按下B2后返回3.3V。
-
B3：每次按下B3按键，Vmin参数加0.1V，当参数加到3.3V，再次按下B3后返回0.0V。
-
当设备从参数界面退出，返回数据界面时，自动判断当前设置的参数是否合理，如参数合理则使之生效，如不合理，则弃用本次设置的参数，使用进入参数界面前的原参数。
备注：
- B2和B3按键仅在参数设置界面有效。
- 要求Vmax ≥ Vmin + 0.5V。
- 要求Vmax、Vmin可设置范围为0.0V-3.3V。
信号输出与LED功能要求
-
电压状态为1时，通过PA1输出信号100Hz，占空比50%，LD1点亮，其余熄灭。
-
电压状态为2时，通过PA1输出信号1KHz，占空比80%，LD2点亮，其余熄灭。
-
电压状态为3时，通过PA1输出信号10KHz，占空比20%，LD3点亮，其余熄灭。
状态说明
- 上电后，默认处于数据界面。
- 上电默认参数：
- Vmax: 3.0V
- Vmin: 1.0V
思路
大体思路
- 计算所需IO口和资源
- 初始化各个模块
- 完成各个模块功能
- 整合各功能
部分功能实现方法
功能切换
通过按键B1来触发EXTI0中断，在中断函数中反转自定义标志位Flag的值（0或1），在while循环中根据Flag的值来执行相关操作。
PWM输出
该题中需要动态调整PWM。但不能在每个循环中都去设置PWM的参数，所以可以自定义一个临时变量，来保存上一次的状态A的值，若发生变化后再进行设置。
代码
因为是竞赛类比赛，非做项目，为了方便，把所有代码放在main.c中了。
/* USER CODE BEGIN Header */
/**
******************************************************************************
* @file : main.c
* @brief : Main program body
******************************************************************************
* @attention
*
* © Copyright (c) 2021 STMicroelectronics.
* All rights reserved.
*
* This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,
* the "License"; You may not use this file except in compliance with the
* License. You may obtain a copy of the License at:
* opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
#include "string.h"
#include "lcd.h"
/* USER CODE END Includes */
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
/* USER CODE END PTD */
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */
/* USER CODE END PM */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
ADC_HandleTypeDef hadc2;
TIM_HandleTypeDef htim2;
/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t KEY1_Flag = 0;
char Vmax_Text[30];
char Vmin_Text[30];
char ADC_Text[30];
char A_Text[30];
double Vmax = 3.0;
double Vmin = 1.0;
uint16_t abc;
double V;
uint8_t A;
uint8_t temp = 0;
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC2_Init(void);
static void MX_TIM2_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
/* USER CODE END PFP */
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
//获取模拟信号的值
double getADC()
{
HAL_ADC_Start(&hadc2);
abc = HAL_ADC_GetValue(&hadc2);
return (abc*3.3/4096);
}
//调整A的值
void Set_A(void)
{
if(V > Vmax){
A = 1;
}
if(V < Vmin){
A = 2;
}
if(V > Vmin && V <= Vmax){
A = 3;
}
}
//设置PWM波频率和占空比
void Set_PWM_LED()
{
/*****************************************************************
1) 电压状态为1时，通过PA1输出信号100Hz，占空比50%，LD1点亮，其余熄灭。
2) 电压状态为2时，通过PA1输出信号1KHz，占空比80%，LD2点亮，其余熄灭。
3) 电压状态为3时，通过PA1输出信号10KHz，占空比20%，LD3点亮，其余熄灭。
*******************************************************************/
HAL_TIM_PWM_Stop(&htim2,TIM_CHANNEL_2);
MX_TIM2_Init();
if(A == 1){
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2,TIM_CHANNEL_2,5000);
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim2,9999);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_All,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET);
}
if(A == 2){
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2,TIM_CHANNEL_2,800);
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim2,999);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_All,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET);
}
if(A == 3){
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2,TIM_CHANNEL_2,20);
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim2,99);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_All,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET);
}
HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2);
}
/* USER CODE END 0 */
/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_ADC2_Init();
MX_TIM2_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
//初始化LED
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_All,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET);
//初始化LCD
LCD_Init();
LCD_Clear(White);
LCD_SetBackColor(White);
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE BEGIN 3 */
V = getADC();
temp = A;
Set_A();
//判断A是否发生了变化，如果发生变化则调整PWM和LED的参数
if(A != temp)
Set_PWM_LED();
//利用中断调整Flag的值，来切换状态
if(KEY1_Flag == 0){
if(Vmax < Vmin + 0.5){
Vmax = 3.0;
Vmin = 0;
}
LCD_SetTextColor(Red);
LCD_DisplayStringLine(Line1, (uint8_t *)" Data ");
sprintf(ADC_Text," V: %.2fV ",V);
LCD_DisplayStringLine(Line3, (uint8_t *)ADC_Text);
sprintf(A_Text," A: %d ",A);
LCD_DisplayStringLine(Line4, (uint8_t *)A_Text);
}
if(KEY1_Flag == 1){
LCD_SetTextColor(Red);
LCD_DisplayStringLine(Line1, (uint8_t *)" Para ");
sprintf(Vmax_Text,"Vmax: %.1fV ",Vmax);
LCD_DisplayStringLine(Line3, (uint8_t *)Vmax_Text);
sprintf(Vmin_Text,"Vmin: %.1fV ",Vmin);
LCD_DisplayStringLine(Line4, (uint8_t *)Vmin_Text);
}
}
/* USER CODE END 3 */
}
/**
* @brief System Clock Configuration
* @retval None
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {
0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {
0};
RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {
0};
/** Configure the main internal regulator output voltage
*/
HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);
/** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = RCC_PLLM_DIV3;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 20;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_3) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the peripherals clocks
*/
PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_ADC12;
PeriphClkInit.Adc12ClockSelection = RCC_ADC12CLKSOURCE_SYSCLK;
if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
/**
* @brief ADC2 Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_ADC2_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN ADC2_Init 0 */
/* USER CODE END ADC2_Init 0 */
ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {
0};
/* USER CODE BEGIN ADC2_Init 1 */
/* USER CODE END ADC2_Init 1 */
/** Common config
*/
hadc2.Instance = ADC2;
hadc2.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_ASYNC_DIV1;
hadc2.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
hadc2.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
hadc2.Init.GainCompensation = 0;
hadc2.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
hadc2.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
hadc2.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE;
hadc2.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
hadc2.Init.NbrOfConversion = 1;
hadc2.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
hadc2.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
hadc2.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
hadc2.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
hadc2.Init.Overrun = ADC_OVR_DATA_PRESERVED;
hadc2.Init.OversamplingMode = DISABLE;
if (HAL_ADC_Init(&hadc2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Configure Regular Channel
*/
sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_15;
sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_2CYCLES_5;
sConfig.SingleDiff = ADC_SINGLE_ENDED;
sConfig.OffsetNumber = ADC_OFFSET_NONE;
sConfig.Offset = 0;
if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc2, &sConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN ADC2_Init 2 */
/* USER CODE END ADC2_Init 2 */
}
/**
* @brief TIM2 Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_TIM2_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 0 */
/* USER CODE END TIM2_Init 0 */
TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {
0};
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {
0};
/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 1 */
/* USER CODE END TIM2_Init 1 */
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 79;
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim2.Init.Period = 9999;
htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
if (HAL_TIM_OC_Init(&htim2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse = 5000;
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
if (HAL_TIM_OC_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 2 */
/* USER CODE END TIM2_Init 2 */
HAL_TIM_MspPostInit(&htim2);
}
/**
* @brief GPIO Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {
0};
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15|GPIO_PIN_8
|GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
/*Configure GPIO pins : PC13 PC14 PC15 PC8
PC9 PC10 PC11 PC12 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15|GPIO_PIN_8
|GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_12;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
/*Configure GPIO pin : PB0 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
/*Configure GPIO pins : PB1 PB2 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
/*Configure GPIO pin : PD2 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
/* EXTI interrupt init*/
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
/* EXTI interrupt init*/
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI1_IRQn, 1, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI1_IRQn);
/* EXTI interrupt init*/
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI2_IRQn, 2, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI2_IRQn);
}
/* USER CODE BEGIN 4 */
/**
* @brief This function handles EXTI line0 interrupt.
*/
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN EXTI0_IRQn 1 */
if(__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_PIN_0) != RESET){
KEY1_Flag = !KEY1_Flag;
__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_0);
}
/* USER CODE END EXTI0_IRQn 1 */
}
/**
* @brief This function handles EXTI line0 interrupt.
*/
void EXTI1_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN EXTI0_IRQn 1 */
if(__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_PIN_1) != RESET){
if(KEY1_Flag == 1){
if(Vmax >= 0){
Vmax -= 0.1;
}
else{
Vmax = 3;
}
}
__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_1);
}
/* USER CODE END EXTI0_IRQn 1 */
}
/**
* @brief This function handles EXTI line0 interrupt.
*/
void EXTI2_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN EXTI0_IRQn 1 */
if(__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_PIN_2) != RESET){
if(KEY1_Flag == 1){
if(Vmin <= 3.3){
Vmin += 0.1;
}
else{
Vmin = 0;
}
}
__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_2);
}
/* USER CODE END EXTI0_IRQn 1 */
}
/* USER CODE END 4 */
/**
* @brief This function is executed in case of error occurrence.
* @retval None
*/
void Error_Handler(void)
{
/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
/* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}
#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
* @brief Reports the name of the source file and the source line number
* where the assert_param error has occurred.
* @param file: pointer to the source file name
* @param line: assert_param error line source number
* @retval None
*/
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */
/* User can add his own implementation to report the file name and line number,
tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
/* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */
/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/
问题
- 其中对ADC采样到的电压数据进行有效的数字滤波这个需求不知道如何下手，采用均值滤波或者平均值滤波还要考虑做到实时显示的需求，现在还没有头绪，希望大佬多多指点！
- 开发版设计有一定缺陷，其中按键到IO的过程中没有设计电容，导致在按键中断中还存在抖动现象。