uC/OS室温计

#5 uC/OS室温计

这个实验的目的是理解uC/OS II的任务调度方式，编写uC/OS II的应用程序，通过寄存器直接操纵GPIO来驱动外 部设备。

##配合课程

RTOS

##实验目的

学习uC/OS II的应用程序编写；
理解如何直接操纵GPIO，体会与Linux的不同；
学习单总线设备的访问方式；
学习7段数码管的时分复用驱动方式。

##实验器材

###硬件

STM32F103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。
uvison5.

#实验步骤

设计输出方案，画连线示意图；
在面包板上连线，完成外部电路；
编写C/C++程序，测试程序和电路；

  1. 测试、实现uC/OS II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段数码管上依次显示0000-9999的数字；
  4. 用两个uc/OS II任务，一个定时读DHT-11数据，一个轮流驱动数码管，一秒一次显示当前温度和湿度。注意处理好 两个任务之间的数据共享。

#连线示意图
segment

seg

以上为四位共阳数码管的引脚图片
seg

以上为四位共阳数码管的接线图片，由于在fritzing中没有找到合适的stm32板子，所以将这块25pin的引脚除去下面的6个pin就当它做STM32F103了,在实体连线中，将数码管COM1-4分别连接到了C15-14，A0-A1，其余脚按照顺时针顺序连接到了STM32板的两端。
dht
如图为dht的连线图，在本次试验中，Vcc接3.3V，Dout接A8，GND接地，为了读数稳定，需要在地线和Dout间连接一个上拉电阻。

#实验过程

###UCOS的移植

在UCOS移植的过程中参考了网上的资料。
IDE环境：uvision5， UCOS源码。
文章来源sina blog

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1.新建ucos工程，选择STM32F103VE，选择CMSIS下的CORE和Device下的Startup，以及Device下的StdPeriph Drivers下的Framework，RCC，和GPIO
2.工程中和实际目录中都新建几个目录，APP，UCOS，BSP，LIB，CPU，Output
3.工程上右键，Options，Output页签，Select Foldeer for Objects，进入Output目
录，点击OK
4.把Micrium\Software\uCOS-II\Source目录中的文件拷贝到UCOS目录下，并添加到工程
中
5.工程Options中，C/C++页签，Include Paths,点击后面省略号可选择include目录，添
加UCOS路径
6.复制Micrium\Software\EvalBoards\ST\STM3210B-EVAL\RVMDK\OS-Probe目录下
的文件app_cfg.h，os_cfg.h和includes.h到APP目录中，并在Include Paths中添加
APP
7.复制Micrium\Software\uCOS-II\Ports\arm-cortex-m3\Generic\RealView目录
下的所有文件到CPU目录，添加到工程和Include Path中
8.工程Options中，C/C++页签,Defines中添加 USE_STDPERIPH_DRIVER
9.把RTE和RTE\Device\STM32F103VE添加进Include Paths中
10.修改os_cfg.h文件，#define OS_APP_HOOKS_EN           1为0
11.BSP目录下新建BSP.c文件，添加内容如下:
#include

CPU_INT32U  BSP_CPU_ClkFreq (void)
{
    RCC_ClocksTypeDef  rcc_clocks;

    RCC_GetClocksFreq(&rcc_clocks);

    return ((CPU_INT32U)rcc_clocks.HCLK_Frequency);
}

INT32U  OS_CPU_SysTickClkFreq (void)
{
    INT32U  freq;

    freq = BSP_CPU_ClkFreq();
    return (freq);
}
12.复制Micrium\Software\EvalBoards\ST\STM3210B-EVAL\RVMDK\BSP目录下的bsp.h到 BSP目录中
13.复制Micrium\Software\uC-CPU\ARM-Cortex-M3\RealView目录和Micrium\Software\uC-CPU目录下的所有文件到CPU目录下，并添加到工程和Include Path中
14.复制Micrium\Software\uC-LIB目录下的所有.h文件到LIB目录下,并添加到Include
Path中
15.注释掉bsp.h中的#include    和#include    
16.app_cfg.h文件中，修改为#define  APP_OS_PROBE_EN                         0
17.APP目录下新建app.c文件，内容为
#include

int main(){
OSInit();
OSStart();
return 0;
}

18.注释掉includes.h文件中的#include    和#include

在app.c中还需要添加如下时钟中断处理函数：

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void SysTick_handler(void){
	OS_CPU_SR cpu_sr;

	OS_ENTER_CRITICAL();
	OSIntNesting++;
	OS_EXIT_CRITICAL();

	OSTimeTick();
	OSIntExit();
}

这样全部做完之后代码结构如图：
代码结构

###GPIO的访问
首先，在GPIO初始化函数中，初始化所有我们需要的GPIO，当然这里是全部要用到的都初始化了。

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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_14
                                | GPIO_Pin_15;
    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);
}

随便点个小灯来测试一下吧(其实是做完后面的反过来做得这个)：

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GPIO_WriteBit(GPIO_C,GPIO_Pin_14,RESET);

###时分复用的八位共阳数码管
首先为了在单独的一位数字上显示出我们想要的数字，要根据数码管每一位所对应的引脚输入正确的值。

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unsigned char table[10][8] =
{
	{0,	0,	1,	1,	1,	1,	1,	1},			//0
	{0,	0,	0,	0,	0,	1,	1,	0},			//1
	{0,	1,	0,	1,	1,	0,	1,	1},			//2
	{0,	1,	0,	0,	1,	1,	1,	1},			//3
	{0,	1,	1,	0,	0,	1,	1,	0},			//4
	{0,	1,	1,	0,	1,	1,	0,	1},			//5
	{0,	1,	1,	1,	1,	1,	0,	1},			//6
	{0,	0,	0,	0,	0,	1,	1,	1},			//7
	{0,	1,	1,	1,	1,	1,	1,	1},			//8
	{0,	1,	1,	0,	1,	1,	1,	1}			//9
};

以上的代码分别对应了0-9的数字在数码管上的显示IO管脚电平，按照顺时针方向，从8字顶端开始为ABCDEFG，DP，而代码中从高到低对应DP，GFEDCBA。这样就可以在数码管上显示单个数字了，为了保险起见，可以给数码管接个电阻避免烧坏。

为了同时点亮四个数字，利用人眼的余晖效应，只要快速切换点亮每个数字，在人眼看来就像是同时亮起来的一样。这时就需要时分复用技术了。对于共阳数码管，每个数字当我们想让他亮的时候，将对应的阳极置为高电平即可，如下为选择数码管位数的函数。

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void digit_choose(int index){
    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_14, v[2]);
    GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_15, v[3]);
}

再在主程序中编写时分复用的代码：

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void display(int digit){
	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_choose(index);//选择数位
	digit_output(digit,0);//利用定义好的管脚参数显示一个数字
}
...
main(){
...
count=0;
while(1)
{
	count++;
	for (int i=0;i<4;i++){
		display(count/10);//为了让数字增长不过快
		Delay_ms(5);
	}
}
...
}

这样就可以在数码管上显示数字0-9999了。

###DHT11温湿计使用

DHT11是一种单总线的传感器，这意味着它的输入和输出引脚是公用的。这样就需要以精确的时间给它发送信号，它的开启模式是这样的：
dht

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总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18毫秒,保证
DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送
80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后,读取DHT11的响应信号,
主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可,总线由上拉电阻拉高。

DHT11的响应信号为将电平拉高，通常拉高80μs后就会开始传输数据。数据格式如下：

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数据格式:8bit湿度整数数据
+8bit湿度小数数据
+8bi温度整数数据
+8bit温度小数数据
+8bit校验和 数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温
度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。

这样就可以在GPIO A8口读到DHT11送来的数据了。
在程序中我们需要编写将DHT11激活的函数：

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void DHT11_Set(int state){//设置数据读取引脚电平
    BitAction s;
    if (state){
        s = Bit_SET;
    }else{
        s = Bit_RESET;
    }
    GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_8, s);
}

void DHT11_Pin_OUT(){//将数据引脚设置为主机输出并拉高
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    DHT11_Set(1);
}

uint8_t DHT11_Check(){
	return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_8);
}

void DHT11_Wait(int state){
	while(DHT11_Check()!=state){

	}
}

void DHT11_Pin_IN(){//将数据引脚设置为输入并拉高
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    DHT11_Set(1);
}

void DHT11_Rst(){
    DHT11_Pin_OUT();//置为输出
    DHT11_Set(0);//拉低给初始信号
    Delay_us(25000);//延迟大于18ms
    DHT11_Set(1);//拉高
    Delay_us(30);
    DHT11_Set(0);//转为输入,等待DHT11的信号
    DHT11_Pin_IN();
}
...
main()
{
...
	DHT11_Rst();
	if (DHT11_Check()==0){
		DHT11_Wait(1);
		DHT11_Wait(0);//DHT拉低准备输出
		...
	}
...
}
...

激活后再按照传入的数据格式编写一下读取数据的函数即可读取DHT11传来的数据了。

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uint8_t DHT11_Read_Byte(){
    int i, cnt;
    uint8_t data = 0;
    for (i=0; i<8; i++){
        cnt = 0;
        data <<= 1;//每次读一位数据
        DHT11_Wait(1);
        while (DHT11_Check() > 0){//多次读取
            Delay_us(1);
            cnt++;
        }
        data |= cnt > 5;
    }
    return data;
}

uint8_t DHT11_Read_Data(uint8_t *buf){
    int i;
    int cpu_sr;
    OS_ENTER_CRITICAL();//进入critical区，避免抢占
    DHT11_Rst();
    if (DHT11_Check() == 0){
        DHT11_Wait(1);
        DHT11_Wait(0);
        for (i=0; i<5; i++){
            buf[i] = DHT11_Read_Byte();
        }
        DHT11_Pin_OUT();//重置数据引脚
        OS_EXIT_CRITICAL();
        if (buf[0] + buf[1] + buf[2] + buf[3] == buf[4]){//检验校验和
            return 1;
        }else{
            return 0;
        }
    }else{
        OS_EXIT_CRITICAL();
				return 0;
    }
}

至此已经可以读取DHT11的数据了。

###双任务执行

使用UCOS来执行两个任务其实非常方便，只需要使用UCOS开启两个进程即可。

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void gainData(void * data)
{
	uint8_t buf[5];
	memset(buf,0,sizeof(buf));
	while(1){
		if (DHT11_Read_Data(buf)==1)
		{
			if (flag==0)
				ledValue=buf[2];//湿度
			else
				ledValue=buf[0];//温度
			flag=!flag;
		}
		Delay_ms(1000);
	}
}
void ToSegment(void * data)
{
	while(1){
		display(ledValue);
		Delay_ms(5);
	}
}
#define size 100
int STK1[size],STK2[size];
int main()
{
...
	OSInit();
	OS_CPU_SysTickInit();
	OSTaskCreate(gainData,(void*)0,(OS_STK *)&STK1,1);
	OSTaskCreate(ToSegment,(void*)0,(OS_STK *),&STK2,2);
	OSStart();
...
}

运行结果为：