[嵌入式软件][启蒙篇][仿真平台] STM32F103实现串口输出输入、ADC采集

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一、串口输出

(1) 简介

1. 学C语言时，使用的printf()函数，就是通过串口打印出来的。
2. 跟外部器件通信，比如GPS模块、蓝牙模块、wifi模块；
3. 两个开发板之间通信，制定私有协议。
4. PC电脑通信，使用上位机显示数据或控制下位机。

(2) 示例代码

#include 
#include 
#include "sys.h"
#include "stm32f10x_conf.h"

#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"

int main() {
    // LED初始化
    LED_Init();
    // 按键初始化
    KEY_Init();
    //串口初始化
    uart_init(115200);
    // 由于LED接了VCC, 引脚高电平，无法导通电路，所以低电平点亮，即VCC(火线)-->GND(地线/零线)
    while(1) {
        if (Key_Scan(GPIOA, GPIO_Pin_1)) { // 检测按键整个过程。按下->松开
            LED = !LED;  // 每次按下，切换开关。低电平点亮 高电平熄灭
            printf("key pressed. led state:%u\n", LED);
        }
    }
}

(3) 仿真效果

1. 操作：打开串口–按下按键

二、串口输入

(1) 简介

1. 跟外部器件通信，比如GPS模块、蓝牙模块、wifi模块；
2. 两个开发板之间通信，制定私有协议。
3. PC电脑通信，使用上位机输入参数或控制下位机。

(2) 示例代码

#include 
#include 
#include 
#include "sys.h"
#include "stm32f10x_conf.h"

#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"

int main() {
    // LED初始化
    LED_Init();
    // 按键初始化
    KEY_Init();
    //串口初始化
    uart_init(115200);
    // 由于LED接了VCC, 引脚高电平，无法导通电路，所以低电平点亮，即VCC(火线)-->GND(地线/零线)
    while(1) {
        if (Key_Scan(GPIOA, GPIO_Pin_1)) { // 检测按键整个过程。按下->松开
            LED = !LED;  // 每次按下，切换开关。低电平点亮 高电平熄灭
            printf("key pressed. led state:%u\n", LED);
        }
        if ((USART_RX_STA & 0x8000) == 0x8000) { // 接收完成
            printf("rx:%s\r\n", USART_RX_BUF); // 打印刚刚接收的数据
            USART_RX_STA = 0; // 继续接收数据
            memset(USART_RX_BUF, 0, USART_REC_LEN); // 将刚刚接收到的数据清空
        }
    }
}

重点：还有一个地方需要小修改(平台没有实现，我们这里替换下就行)，有兴趣可以研究下功能的实现

void USART1_IRQHandler(void) { //串口1中断服务程序
	uint16_t Res;
	// 接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾, 就是换行符\r\n)
	if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
		Res = USART_ReceiveData(USART1); //读取接收到的数据
		if ((USART_RX_STA & 0x8000) == 0) { //接收未完成
			if (USART_RX_STA & 0x4000) { //接收到了0x0d
				if (Res != 0x0a)
					USART_RX_STA = 0; //接收错误,重新开始
				else
					USART_RX_STA |= 0x8000; //接收完成了
			} else { //还没收到0X0D
				if (Res == 0x0d)
					USART_RX_STA |= 0x4000;
				else {
					USART_RX_BUF[USART_RX_STA & 0X3FFF] = Res;
					USART_RX_STA++;
					if (USART_RX_STA > (USART_REC_LEN - 1))
						USART_RX_STA = 0; //接收数据错误,重新开始接收
				}
			}
		}
	}
}

(3) 仿真效果

1. 操作：打开串口–发送消息：123456\r\n
   

三、ADC采集

这个实验需要添加电路，如下图：

1. 将按钮移除
   
2. 添加电压调节器
   

(1) 简介

1. ADC是一个专门采集模拟量转为为数字信号的外设。
2. ADC一般采集电压、电流、光敏(光亮度)、温度、湿度、压力、声音等等。
   
   

(2) 采集电压

本实验使用STM32采样ADC模拟输入器的数据，开启仿真后，串口助手将ADC数值与转换出的电压值一并打印。

(3) 示例代码（电压）

#include 
#include 
#include 
#include "sys.h"
#include "stm32f10x_conf.h"

#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "adc.h"
#include "usart.h"

uint32_t adc_value = 0;
float voltage_value = 0;        //用于保存转换计算后的电压值

int main() {
    // LED初始化
    LED_Init();
    // ADC1通道1初始化
    Adc_Init();
    //串口初始化
    uart_init(115200);
    while(1) {
        // 通过ADC_GetConversionValue函数查询ADC的DR寄存器获取ADC转换结果值
        adc_value = Get_Adc(1);
        // 计算出模拟输入的电压值
        voltage_value=(float)adc_value*(3.3/4095);           
        
        // 打印ADC转换结果值
        printf("AD value is %d\n", adc_value);
        //打印计算出的电压值
        printf("voltage value is %f V\n", voltage_value);
        LED = !LED;
        delay_ms(50);
    }
}

(4) 仿真效果 （电压）

1. 操作： 打开串口–调整电压
   
   
   
   
   

(5) 采集光敏

1. 光敏电阻的特性：光线越亮，阻值越小。
2. 一般用于走廊，白天不亮，晚上亮，做到省电的效果。
3. 按下图搭建电路
   

(6) 示例代码（光敏）

#include 
#include 
#include 
#include "sys.h"
#include "stm32f10x_conf.h"

#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "adc.h"
#include "usart.h"

//设定基于ADC信号的模拟光强阈值
#define lux 2200
uint32_t adc_value = 0;

int main() {
    // LED初始化
    LED_Init();
    // ADC1通道1初始化
    Adc_Init();
    //串口初始化
    uart_init(115200);
    while(1) {
        // 通过ADC_GetConversionValue函数查询ADC的DR寄存器获取ADC转换结果值
        adc_value = Get_Adc(1);
        // 打印ADC转换结果值
        printf("AD value is %d\n", adc_value);
        if (adc_value > lux) {
            LED = 0; // 点亮
        } else {
            LED = 1; // 熄灭
        }
        delay_ms(50);
    }
}

(6) 仿真效果 （光敏）

1. 操作：打开串口–调节光敏电阻–从0-100%调整–当阻值>2000，点亮；阻值<2000，熄灭。
   

(7) 内部温度

1. 芯片内部温度，目的：让电阻计算更佳准确，因为温度会影响阻值。 （一般用不上，不精确）
2. 测量CPU以及周围的温度，测量范围为-40~125度，误差为±1.5度
3. 内部温度传感器更适合于检测温度的变化，需要测量精确温度的情况下，应使用外置传感器。
4. 温度传感器模拟输入推荐采样时间是 17.1us。
5. 温度的计算公式如下：
   T（℃）= {（ V25-Vsense）/ Avg_Slope} + 25
   上式中：V25=Vsense 在 25 度时的数值（典型值为： 1.43）。
   Avg_Slope=温度与 Vsense 曲线的平均斜率（单位： mv/℃或 uv/℃）（典型值： 4.3mv/℃）。

(8) 示例代码（内部温度）

#include 
#include 
#include 
#include "sys.h"
#include "stm32f10x_conf.h"

#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "adc.h"
#include "usart.h"

float temperate = 0;        //用于保存转换计算后的温度值
uint32_t adc_value = 0;

int main() {
    // LED初始化
    LED_Init();
    // ADC1通道1初始化
    Adc_Init();
    //串口初始化
    uart_init(115200);
    while(1) {
        // 通过ADC_GetConversionValue函数查询ADC的DR寄存器获取ADC转换结果值
        adc_value = Get_Adc(1);
        // 打印ADC转换结果值
        printf("AD value is %d\n", adc_value);

        temperate = (float)adc_value * (3.3 / 4095); // 先转成电压值
        temperate = (1.43 - temperate) / 0.0043 + 25;  // 再转换为温度值
        //打印计算出的温度值
        printf("MCU temperature is %f C \n", temperate);
        
        LED = !LED;
        delay_ms(50);
    }
}

(9) 仿真效果 （内部温度）

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