C语言基础及STM32基础

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

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一、C语言基础

C语言（代码什么都都可以干）
写代码之前要考虑事件怎么操作
C语言要提前定义变量
{1.#include 2.mian（） 3.变量 （int float char）
4判断（if switch） 5.循环（while for） 6.数组
7.函数 8.指针 9.结构体}
这就是C语言！

1.库函数，头文件（相当于程序的解）
2.main（看程序一定要从main函数开始看）
3.int pi =3.14 （pi是变量）（const） #define pi 3.14（pi是常量）
有符号（unsigned）和无符号（signed）
7.函数：传入参数 返回值
全局变量：括号外定义变量，没有赋初值，打印出来是0
局部变量：括号内定义变量，没有赋初值，打印出来是随机数
运行后会被释放
8.指针：C语言的灵魂
9.结构体：使用结构体，数据类型最为合理，节省内存，防止浪费。
结构体：“偷懒+变量”

关键字：
1.static
全局变量：对于全局变量也是存储在静态区，但是它的作用域仅为本文件。
局部变量：再次调用函数的时候，这个静态变量仍然保持上次时候的值。
静态函：只在当前文件下调用此函数，防止被其他的.c文件调用。

2.extern
extern关键字可以用来声明变量、函数作为外部变量或者函数供其它文件使用。

3.struct和union
struct和union都是由多个不同的数据类型成员组成, 但在任何同一时刻, union中只存放了一个被选中的成员, 而struct的所有成员都存在。在struct中，各成员都占有自己的内存空间，它们是同时存在的。一个struct变量的总长度等于所有成员长度之和。在Union中，所有成员不能同时占用它的内存空间，它们不能同时存在。Union变量的长度等于最长的成员的长度。

二、STM32基础

STM32被广泛应用在控制领域，本此选用STM32F407进行电机实验，此单片机是基于arm－corteｍ4为核心。

功能：执行 感知 计算 计时（定时器：外部晶振，按照一定周期震动，可以条件占空比）
控制器：
MCU（GPIO 定时器 PWM UARRT CAN） 板载外设（LED 通讯电路 驱动电路）

执行：I/O口 供电（母头）防止触碰引起火花

STM32功能很复杂，模式很多，所以引入寄存器。

STM32—电调（调速板）—电机
PID：P比例，I积分（求面积），D微分（求导）
纯P控制（无法消除误差） PI控制（求面积消除误差）

实际值和目标值，实际值需要用编码器来反馈。
输入捕获（I/O口的输入，定时器）

通信 数据传输（协议，数据，接受，发送）
遥控器—（无线）—接收机—串口（TX发送 RX接受）—单片机
协议可以通俗的理解为一个高低电平所经过的时间，比如规定经过2S为触发开关，经过3S为关闭开关。
串口 CAN IIC SPI

CAN(（两根线 CAN_H CAN_L）：稳定，挂在总线上的设备都有标识的ID。
CAN总线优势：
1.信号是差分信号，同一个信号通过两根线做差的方式作为最后的信号，干扰下相互抵消，抗干扰能力强。
2.总线形式，可以把所有的设备挂在总线上，设备的ID号不同可以挂无数个设备
作用给所有的电机发送命令，接受电机编码器所测量的数据

总结：
CAN总线发送数据，两个标识符(0x200,0x1FF)，各自控制4个电机，
如0x200给四个电机发数据，用过数据域DATA【0】和DATA【1】这两个字节共同作用与一个电机，DATA【0】为一个字节高8为，DATA【1】为一个字节低8位
CAN总线接受数据，标识符0x20+电调ID（如ID为1，该标识符为0x201），反馈必须带上自己的ID号
CAN总线为什么用一个标识符就可以同时给4个电机发送指令，而调速板只能用一个对应ID的标识符反馈一个电机的参数呢？
这是因为发送的时候只用到2个字节对应一个电机，接受的时候用8个字节对应一个电机，接受的时候会接受多个参数，比如：角度，速度，转矩，温度等等，这都会占用相应的字节

陀螺仪通过IIC总线连接一块开发板，开发板通过CAN总线挂在主控板上，降低了主控板CPU的占用率。

DMA：通俗的讲，DMA的作用其实就相当于CPU的搬家公司，CPU只发送搬家命令给DMA，DMA计算发送数据，大大减少了CPU的任务负担。

步兵机器人
1.LED 提示（程序是否可以运行，主控板是否好坏）
2.按键 （模式切换，作为输入口，传感器信号的接受）
3.地盘（电机要和负载连接紧凑，调一块的时候关闭其他模块）

陀螺仪（角度传感器，角速度传感器，加速度传感器）

三、HAL库

主要是完成不同开发板的适配工作
寄存器编程缺点 HAL缺点：
1.代码可读性太差 1.代码效率不是很高
2.二次开发难度大
3.每次写程序都要查阅手册

用户层
CMSIS层（提供除外设以的各种接口，hal库固件包在此层）
MCU层

固件包的文件夹
Documentation说明文档，如何使用固件包
Drives文（BSP CMSIS HAL_Drives
Middlewares中间件
Projects工程实例
Utilities通用文件

使用HAL库的两种方式
1.自己移植
2.CubeMX

板级支持包：对板上的资源功能给出实现，并且提供给用户程序的接口。以LED灯为例，用户应用程序不需要知道GPIO硬件的特点，只需要知道这个函数，就可以点亮LED灯了！

预定义

#ifndef _BSP_LED_H_
#define _BSP_LED_H_

#endif

预定义包含在.h文件中
作用：举个例子.h文件中引用了下面这个头文件，main函数中不仅引用了.h文件还引用了下面这个头文件，如果不使用预定义，系统就会报错。

#include "stm32f4xx.h"

RCC外设
系统时钟配置：时钟的原理是晶振震动的次数，即频率，而频率的倒数就是周期，这样就可以规定外设运行的时间。
复位：系统复位，电源复位，备份域复位
时钟：工作频率越高，功耗越高
HSI高速内部时钟 HSE高速外部时钟 PLL倍频时钟
Cube MX 配置时钟树

定时器
高级定时器—通用定时器—基本定时器
基本定时器（TM6 TM7）：16位向上递增的（0到65535） 挂在APB1上
高级定时器：输入捕获 输出比较 PWM生成

SysTick定时器
属于Cortex-M内核中的一个外设。
计数宽度（24bit来存数据） 计数模式（向下递减） 计数周期（1/工作频率）
HAL_Delay()
SysTick定时器，可以调用一个中断服务函数
中断中不建议使用SysTick，因为中断优先级没有很好配置的话，就无法跳出死循环

PWM
高电平和低电平的比值，即占空比，调节占空比即调节电压的大小，进而调节电机的转速。
I/O口的输入捕获：就是为了读取PWM的频率，即占空比

中断
与按键的作用机理相似，区别在于按键的I/O口一直在监测电平的变换状态，中断只要写好中断程序等待触发即可，不用一直监视，减少了CPU资源占用。但是一般写按键，中断多了容易乱套。

其实所有能写成中断的都可以不写成中断

中断优先级：比如你在写作业的时候，电话响了同时有人敲门，你是先接电话还是先看门，这里就用到了中断优先级，分为可编程和不可编程。

复位：-3（最高）
中断优先级按照优先级分组（抢占优先级>子优先级>IRQ编号）
嵌套向量中断控制器（NVIC）

EXTI外设（扩展中断事件控制器）：1.捕获外部输入事件 2.生成中断请求
事件->中断
通过EXTI线，捕获EXTI事件，并且去生成中断，再中断中，反转LDE的状态，并且清除EXTI中断标志

通信
I2C总线（两条总线线路，串行数据线（SDA）串行时钟线（SCL））
硬件IIC：可以设计一个芯片直接通信
软件IIC：可以控制IO口的高低规定信号协议
起始信号（SCL为高电平时，SDA有高电平向低电平跳变，开始传送数据）
停止信号（SCL为高电平时，SDA由低电平向到点评跳变，结束传送数据）

操作系统
Freertos

初写点亮程序
写程序第一步是初始化，你想点亮LED你就要把I/O口初始化，你想实现串口通信你就需要把串口初始化。
F12按键，转到定义处。

仿真器不仅可以下载程序还可以进行仿真
仿真：进入仿真加断点，如果发现某段程序中无法加断点，说明程序没有运行到这段程序中，

移植程序前，一定要把所要移植的程序看懂，带着目的去看。
上来一定看的是main函数

程序不是敲出来的，而是拼出来的

对与一些理论的东西，比如各种算法，PID，卡尔曼滤波，一上来不用先搞明白原理这些东西，先用起来，学会忽略一些东西。不能用通俗易懂的话描述出来的，说明你没有懂。

程序没用报错并不代表完全正确，只是说可能没有用到

机器人控制篇

比的不是会控制更多的传感器，写更多的程序，而是算法的逻辑

小数后面一定要加个f，否则会报错

遥控器
写程序调试不允通过串口调试助手来看，因为会占用一个串口，必须通过仿真看

串口：波特率，单元数据长度等+数据帧（相当于语言，这个语言很规范，精确到标点符号），tx连rt，这就是串口的全部内容

串口的数据形式：高低电平的形式
建议看看野火的DMA视频，讲的很详细。

1.IO口配置成AF（复用）功能
2.配置串口结构体（CAN总线里面有3个参数是设置时钟的，把3个数进行计算得到一个波特率）

1.程序逻辑的整体把握，多写多练
2.程序规范性很重要，变量用结构体，对C语言理解透彻了就会发现有很多程序不用那么繁琐
3.算法，编程到最后一定是数学。。。
4.只要传感器给我一个例程，就能把它编程自己的程序

英雄机器人
1.LED灯闪烁任务

2.检测任务（看门狗 STM32F407上的LED灯）

3.校准任务（得到3个参数引进消除误差，放到flash中）

4.底盘任务
（初始化各种外设，if或CAN总线，PID）
<1> 延时，给硬件初始化留时间
<2> 底盘初始化（可以通过指针得到遥控器值的地址，将这一类型结构体的地址引过来）
<3> while(1)
{
SET_MODE（模式）
模式变换（过度）
遥控器的值和鼠标键盘（斜坡函数）引进来
PID（速度计算） 目标值 实际值
CAN（函数）发给电机
}

模式 无力模式(调试) 正常遥控 小陀螺 子模式：在正常模式下插入子程序实现其他功能

5.云台任务

6.发射任务

7.MPU任务

反馈的值只要是连续的，就往PID方面想

读程序：
1.先去看程序的结构，所要实现的功能
从主函数开始main.c—底盘任务.c—底盘任务.h（结构体都摘出来）—初始化看变量找对应的函数赋初值—看死循环里面的函数—代码全部去掉—移植代码（结构体每用到一个成员填进去，每写一个函数进行仿真）

2.生成程序脑图

3.找和底盘有关的程序（底盘任务和底盘行为（模式））

不要排斥程序，太有乐趣了，对自己是一种升华

四、实时操作系统

前台系统 后台系统

RTOS实时系统（实时内核）
硬实时：不允许超时
软实时：允许超时
多任务管理：模块化开发