Arduino开发实战指南：STM32篇[按需印刷]

2.3.1　pinMode()函数 / 10
2.3.2　digitalWrite()函数 / 12
2.3.3　digitalRead()函数 / 12
2.3.4　togglePin() / 13
2.3.5　toggleLED() / 13
2.4　模拟输入输出 / 13
2.4.1　analogWrite()与pwmWrite() / 14
2.4.2　analogRead() / 15
2.5　高级I/O / 15
shiftOut() / 15
2.6　硬件SPI接口 / 16
2.6.1　begin() / 18
2.6.2　write() / 19
2.6.3　read() / 20
2.6.4　transfer() / 20
2.6.5　end() / 20
2.7　硬件USART与虚拟USB串口 / 20
2.7.1　begin() / 21
2.7.2　write() / 21
2.7.3　print()与println() / 22
2.7.4　read() / 24
2.7.5　available () / 24
2.7.6　flush() / 24
2.7.7　txPin()与rxPin() / 24
2.7.8　end() / 25
2.8　延时和定时器 / 25
2.8.1　delay()与delay-Microseconds() / 25
2.8.2　mills()与micros() / 25
2.8.3　内部硬件定时器 / 25
2.9　外部中断 / 31
2.9.1　interrupts()与nointerrupts() / 32
2.9.2　attachInterrupt()与detachInterrupt() / 32
2.10　数学与位运算操作 / 33
2.10.1　min() / 33
2.10.2　max() / 34
2.10.3　abs() / 34
2.10.4　constrain() / 35
2.10.5　map() / 35
2.10.6　pow () / 36
2.10.7　sqrt() / 36
2.10.8　sin() / 36
2.10.9　cos() / 37
2.10.10　tan() / 37
2.10.11　randomSeed() / 37
2.10.12　random() / 37
2.10.13　lowBit() / 38
2.10.14　bitRead() / 38
2.10.15　bitWrite() / 38
2.10.16　bitSet() / 38
2.10.17　bitClear() / 39
2.10.18　bit() / 39
2.11　Wire库 / 39
2.11.1　begin() / 40
2.11.2　beginTransmission() / 41
2.11.3　send() / 41
2.11.4　endTransmission() / 42
2.11.5　requestFrom() / 42
2.11.6　receive() / 43
2.11.7　available() / 43
2.12　Servo库 / 43
2.12.1　attach() / 43
2.12.2　attached() / 44
2.12.3　write() / 44
2.12.4　writeMicroseconds() / 45
2.12.5　readMicroseconds() / 45
2.12.6　read() / 45
2.12.7　detach() / 45
2.13　LiquidCrystal库 / 46
2.13.1　LiquidCrystal() / 46
2.13.2　begin() / 47
2.13.3　write() / 48
2.13.4　clear() / 48
2.13.5　home() / 49
2.13.6　cursor()与noCursor() / 49
2.13.7　setCursor() / 49
2.13.8　noDisplay()与display() / 50
2.13.9　blink()与noBlink() / 50
2.13.10　leftToRight()与rightToLeft() / 50
2.13.11　autoscroll()与noAutoscroll() / 50
2.13.12　scrollDisplayLeft()与scrollDisplayRight() / 51
2.13.13　print() / 51
2.13.14　createChar() / 51
第3章　电路基础 / 53
3.1　需要的工具与仪器 / 53
3.1.1　万用表 / 53
3.1.2　可调直流电源 / 54
3.1.3　烙铁与焊料 / 55
3.1.4　镊子 / 55
3.1.5　斜口钳 / 56
3.1.6　剥线钳 / 56
3.2　电阻 / 56
3.3　电感 / 58
3.4　电容 / 59
3.5　BJT三极管 / 60
3.6　74系列IC / 61
3.7　LM7805线性稳压IC / 66
第4章　基本实验 / 67
4.1　LED渐变 / 67
4.2　继电器控制 / 69
4.3　1602字符液晶显示屏 / 71
4.4　四位段码LED显示 / 75
4.5　DS1302时钟芯片 / 82
第5章　传感器实验 / 86
5.1　LM35温度传感器 / 86
5.2　DHT11温湿度传感器 / 91
5.3　酒精传感器 / 93
5.4　超声波测距传感器 / 95
5.5　光敏电阻光传感器 / 98
5.6　BH1750环境光传感器模块 / 100
5.7　ADXL335加速计 / 101
5.8　GP2Y1010AU0F灰尘传感器 / 103
5.9　BMP085气压传感器 / 105
第6章　运动控制实验 / 112
6.1　步进电机控制 / 112
6.1.1　用驱动器驱动步进电机 / 113
6.1.2　Maple通过达林顿芯片驱动步进电机 / 114
6.2　舵机电压表 / 115
第7章　其他实验 / 119
7.1　74HC595串并转换 / 119
7.2　24Cxx系列EEPROM读写 / 120
7.3　PID温度自动控制 / 125
7.4　Maple频率计 / 128
7.5　NEC协议红外发射实验 / 129
7.6　使用IRremote库多协议红外收发 / 132
第8章　Maple上的操作系统简介 / 136
8.1　Maple上的CoOS / 136
8.1.1　 准备 / 136
8.1.2　入门程序 / 136
8.2　Maple上的FreeRTOS / 140
8.2.1　简介 / 140
8.2.2　入门程序 / 140
附录一　Maple引脚功能表 / 143
附录二　Maple Mini引脚功能表 / 145
附录三　定时器比较器通道与其相对应的引脚 / 146
附录四　Maple RET6引脚功能表 / 147

.　　Flash128 KB128 KB512 KB32 KB
　　EEPROMFlash虚拟Flash虚拟Flash虚拟1 KB
　　可用GPIO433410614
　　ADC15(12位分辨率)9(12位分辨率)21(12位分辨率)6(10位分辨率)
　　PWM15(16位分辨率)12(16位分辨率)17(16位分辨率)6(8位分辨率)
　　硬件SPI2231
　　硬件I2C2221
　　硬件USART3331
　　硬件USB111无
　　中断42个共用16通道106个共用16通道2个
　　DAC002(12位分辨率)0
　　图1-2Maple 的布局
　　1.4libmaple简介
　　libmaple是由Leaflab开发的，用于STM32库，对STM32底层操作进行了重新封装，大幅提高了操作的简便性。
　　libmaple分为两部分：第一部分，以C程序编写的底层库，将其称为libmaple，提供对硬件高度灵活的操作，是严格意义上的libmaple，也是本章将要介绍的libmaple，在源码中的/libmaple目录下；第二部分，以C++编写的Wiring风格的API，该部分提供对第2章中介绍的Arduino兼容库部分的支持，位于源码中的/wirish目录下。
　　libmaple的源码位于GitHub上，可以在https://github.com/leaflabs/libmaple中找到。
　　libmaple附随于Maple IDE中，可以直接在Maple IDE的代码中加入对libmaple头文件的引用，同时libmaple也可以用于其他开发平台包，给习惯使用专业嵌入式开发IDE的用户使用。
　　1.5Maple IDE的安装和使用
　　1.5.1下载Maple IDE
　　目前Maple IDE支持Mac、Windows和Linux，可以在其官方网站http://leaflabs.com/docs/maple-ide-install.html下载到最新版本的Maple IDE。将下载的ZIP文件解压到合适的位置。
　　1.5.2安装Maple IDE
　　1．Windows环境下安装Maple IDE
　　在Windows 环境下，Maple IDE无需安装，但是需要为其安装DFU和虚拟串口两个驱动程序。首先按照如下步骤安装DFU驱动（用于上传程序到Maple）程序：
　　1）将Maple连接到计算机的USB接口。
　　2）按下左下角的复位键（印有“REST”），这时蓝色指示灯会快速闪烁6次，然后慢闪烁几次。
　　3）再次按下复位键，这次在蓝色指示灯快速闪烁6次期间按下另一个键（右上角，印有“BUT”）并保持不放，直到指示灯开始慢闪烁时放开。
　　4）这时Maple会处于永久Bootloader状态（Perpetual Bootloader Mode），蓝色指示灯会一直闪烁，使你有机会安装DFU驱动程序。
　　5）Windows会提示你需要驱动程序，人工指定驱动程序所在目录位置，选择Maple IDE文件夹中的drivers\mapleDrv\dfu。
　　下一步安装虚拟串口驱动程序（用于通过USB与Maple进行串口通信）：
　　1）复位Maple，等待蓝色指示灯停止闪烁（退出bootloader转而运行用户程序，新的Maple会运行制造时预留的测试程序）。
　　2）一旦Maple运行了用户程序，Windows会提示安装驱动程序，同样，人工指定驱动程序所在目录为Maple IDE文件夹中的drivers\mapleDrv\serial。
　　现在可以双击Maple IDE程序运行Maple IDE了。
　　2．Linux环境下安装Maple IDE
　　在Linux环境下安装Maple IDE的步骤如下：
　　1）首先确认是否已经安装了JRE，如果没有，可以通过如下命令安装：
　　sudo aptitude install openjdk-6-jre
　　2）解压压缩文件到合适的位置（例如桌面）。
　　3）打开解压压缩文件得到的文件夹，运行其中的install-udev-rules.sh，出现要求输入用于获得管理员权限的密码的提示。
　　4）用“sudo restart udev”命令重启udev。
　　5）双击程序运行Maple IDE。
　　3. Mac环境下安装Maple IDE
　　在Mac环境下安装Maple IDE的步骤如下：
　　1）双击你所下载的DMG文件使该镜像被加载。
　　2）拖动Maple IDE按钮到应用程序文件夹。
　　3）运行Maple IDE。
　　1.5.3第一个程序
　　我们从File→Examples→Digital中选择一个简单的例程Blink，如图1-3所示，这个程序会让蓝色指示灯闪烁。
　　图1-3打开例程“Blink”
　　然后进入Tools→Board→LeafLabs Maple ... to Flash（根据你所选使用的型号选择），如图1-4所示。每种型号的Maple都有两个选项to Flash和to RAM。to RAM会将程序上传到Maple的RAM存储器，与上传到Flash相比，上传速度更快，并且通过简单的复位或者重新上电就可以清除程序。但是Flash空间更大，并且是可以在掉电后存储程序的唯一选择。如果需要调试程序，那么to RAM模式能够提高你的效率。
　　现在，可以单击左上角的（Verify）按钮来编译程序，编译的过程与结果会显示在底部的窗口中。该过程主要用于验证程序，检验程序是否有语法或函数引用错误。
　　现在，将Maple用USB Mini-B接口的USB线连接到计算机上。每次复位、重编程或接上USB，蓝色指示灯都会闪烁一段时间，表示它进入了bootloader状态。等到Maple开始执行用户程序，进入Tools→Serial Port选择Maple在你系统中所使用的串口设备，如图1-5所示。在不同的计算机不同的USB接口上，Maple会占用不同的串口，可以通过查看设备管理器来了解Maple所占用的串口。
　　图1-4选择目标所使用的Maple类型
　　图1-5选择Maple所使用的串口
　　单击（Upload）按钮开始上传程序，上传过程会在下方窗口显示。
　　Maple IDE是利用USB虚拟串口对Maple发送复位信号，复位后Maple会进入DFU模式片刻等待上传，如果没有上传程序，则会在数秒后开始执行原有的用户程序。
　　USB虚拟串口相关程序嵌入用户程序中，所以如果前一次上传程序出错，或者错误地选择了串口设备，都可能导致正常的下载操作无法进行。你可以在提示等待DFU设备的时候对Maple进行复位，或让Maple进入“永久bootloader状态”之后再进行下载，来规避由于USB虚拟串口通信问题造成的无法正常下载的问题。
　　最后，为了保证一切正常，我们可以上传一个通过USB虚拟串口发送文本“Hello,world!”的例程。单击File→Examples→Stubs→Helloworld打开该例程，单击（Upload）按钮将其上传到刚才已连接的Maple设备上。待Maple复位并进入用户程序（蓝色指示灯停止闪烁并听到第二声USB设备插入声），单击（Serial Monitor window）按钮打开串口监视器，如果你的串口设置正确，就可以看到Maple通过虚拟USB串口传回的文字。
　　1.5.4Maple IDE的使用
　　与Arduino IDE一样，Maple IDE也是在Processing IDE的基础上开发的，且简单易用，非常容易上手。下面对Maple IDE做一些简单的介绍。Maple IDE的界面主要有代码编辑区、工具栏和状态栏组成，如图1-6所示。
　　图1-6Maple IDE界面
　　Maple IDE的基本功能主要依靠上方的工具栏按钮来实现，如表1-2所示为工具栏按钮及其功能。
　　表1-2工具栏按钮及其功能
　　按钮功能
　　单击该按钮会对程序进行编译，在编译过程中检查程序错误，如果没有错误就会产生能在Maple上运行的程序
　　终止编译过程
　　新建一个项目
　　打开一个已经存在的项目
　　保存当前项目
　　将程序上传到Maple，该过程会重新编译项目
　　打开串口监视器（注意：串口监视器打开时不能进行上传，如果上传，窗口监视器会自动关闭。）
　　1.6Maple的开源协议
　　作为开源硬件的一员，Maple开发者给予Maple最宽松的协议，设计图以Creative Commons share-a-like 方式发布，任何人都可以任意地使用、修改、重新发布Maple的设计和代码。但Maple IDE中来源于Arduino与Processing项目的代码需要遵从它们开发者的协议。对开源协议的尊重和保护在保护开发者的利益的同时，能够提高开发者的积极性，让开源事业有更好的发展。
　　第2章Maple的Arduino兼容函数库
　　2.1基本程序结构
　　Maple的基本程序结构有两个入口函数，setup()与loop()。setup()中的代码只会在启动时执行一次， loop()中的代码会无限循环地执行下去。代码清单2-1为Maple的基本程序结构。
　　代码清单2-1Maple的基本程序结构
　　void setup(){
　　//这里是初始化使用的程序段，只在启动时执行一次
　　}
　　void loop(){
　　//主程序位于这里，在这个函数中的程序会无限循环地执行
　　}
　　Maple中，与底层相关的大量操作都被隐藏起来了，尽管Maple使用的是C++作为编程语言，但是几乎不会出现复杂的C++语法，使得它很适合于对编程与寄存器操作了解不多的初学者使用。
　　2.2Maple静态变量关键字
　　Maple中提供了一些静态变量关键字来替代一些常数和引脚，它们可以规避不同型号开发板所产生的兼容性问题。使用这些静态变量有助于提高程序的可移植性与可读性。如表2-1所示为静态变量关键字，如表2-2所示为串口相关的常量。
　　表2-1静态变量关键字
　　关 键 字说明
　　关 键 字说明
　　CYCLES_PER_MICROSECOND处理器每毫秒的循环次数。Maple中为72
　　CLOCK_SPEED_MHZ以兆赫兹为单位的处理器时钟频率
　　CLOCK_SPEED_HZ以赫兹为单位的处理器时钟频率
　　SYSTICK_RELOAD_VALSystick计数器重载次数
　　BOARD_BUTTON_PIN代表自带按键（标有“BUT”）所在的引脚
　　BOARD_LED_PIN代表LED所在引脚的编号
　　BOARD_NR_GPIO_PINS所有引出的GPIO引脚数量。某些引脚可能已经被占用（例如内置的LED和按键）。为了了解有哪些引脚被使用，可以使用 boardUsesPin()函数（或者 boardUsedPins）
　　BOARD_NR_PWM_PINS所有可以用于PWM输出的引脚数量
　　BOARD_NR_ADC_PINS 可用ADC引脚数量
　　BOARD_NR_USED_PINS 已使用的GPIO引脚数量
　　表2-2串口相关的常量
　　关 键 字说明
　　BOARD_USART1_TX_PIN,BOARD_USART2_TX_PIN, BOARD_USART3_TX_PIN3个USART串口的发送引脚
　　BOARD_USART1_RX_PIN,BOARD_USART2_RX_PIN, BOARD_USART3_RX_PIN3个USART串口的接收引脚
　　BOARD_UART4_TX_PIN, BOARD_UART5_TX_PINUSART4、5的发送引脚（例如Maple Native的）
　　BOARD_UART4_RX_PIN, BOARD_UART5_RX_PINUSART4、5的接收引脚（例如Maple Native的）
　　BOARD_NR_USARTS可用的USART串口数量
　　2.3通用输入输出
　　通用输入输出(GPIO)是Maple最基本、最常用的功能，用来实现基本的数字量输入和输出。GPIO的控制主要依赖pinMode()、digitalWrite()、digitalRead()三个函数。
　　由于Maple使用的STM32采用了更高的工艺生产，所以数字输出的电平为高电平——3.3 V的LTTL电平，而Arduino使用的是ATMGA系列芯片，制程较陈旧，输出为高电平——5 V的TTL电平。如果需要将5 V电平的芯片与Maple相接，则需要进行电平转换，否则5 V电平的信号直接输入Maple可能会造成芯片损坏（部分引脚能够容忍5 V电平，对5 V电平的数字信号进行读取或是利用开漏输出方式输出5 V电平的数字信号）。