引言
嵌入式系统作为一种将计算能力集成到特定任务中的应用，已经渗透到了我们生活的方方面面。对于初学者来说，通过实际操作实验是理解和掌握嵌入式系统最佳途径之一。本文将详细介绍入门阶段必备的十大实验题，并提供详细的解题攻略。
实验一：LED闪烁控制
实验目的
- 学习LED的基本连接方法。
- 理解GPIO（通用输入输出）的概念。
实验步骤
- 硬件准备：准备一个LED灯和微控制器开发板。
- 软件准备：下载并安装对应的开发环境。
- 编写代码：编写控制LED闪烁的代码。
- 编译与烧录：编译代码并烧录到开发板上。
- 测试：观察LED是否按照预期闪烁。
代码示例（C语言）
#include <stdio.h>
#include "stm32f10x.h"
int main(void)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能GPIOA时钟
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; // LED连接到PA0
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
while(1)
{
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 打开LED
for(volatile int i = 0; i < 1000; i++); // 延时
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 关闭LED
for(volatile int i = 0; i < 1000; i++); // 延时
}
}
实验二：按键扫描
实验目的
- 学习按键的工作原理。
- 掌握按键扫描算法。
实验步骤
- 硬件准备：准备一个按键和微控制器开发板。
- 软件准备：编写按键扫描的代码。
- 测试：通过按键改变显示状态。
代码示例（C语言）
#include <stdio.h>
#include "stm32f10x.h"
#define BUTTON_PIN GPIO_Pin_0
#define BUTTON_PORT GPIOA
int main(void)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能GPIOA时钟
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BUTTON_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 浮空输入
GPIO_Init(BUTTON_PORT, &GPIO_InitStructure);
while(1)
{
if(GPIO_ReadInputDataBit(BUTTON_PORT, BUTTON_PIN) == Bit_SET)
{
// 处理按键按下事件
}
}
}
实验三：串口通信
实验目的
- 学习串口通信的原理。
- 实现简单的数据收发。
实验步骤
- 硬件准备：准备一个具有串口功能的开发板。
- 软件准备：编写串口通信的代码。
- 测试：通过串口发送和接收数据。
代码示例（C语言）
#include <stdio.h>
#include "stm32f10x.h"
void USART_Config(void)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); // 使能USART1时钟
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
USART_Cmd(USART1, ENABLE); // 使能USART1
}
int main(void)
{
USART_Config();
char data[] = "Hello, world!\r\n";
while(1)
{
USART_SendData(USART1, data); // 发送数据
while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET); // 等待发送完成
}
}
实验四：PWM控制电机转速
实验目的
- 学习PWM（脉冲宽度调制）的工作原理。
- 控制电机的转速。
实验步骤
- 硬件准备：准备一个电机和微控制器开发板。
- 软件准备：编写PWM控制电机的代码。
- 测试：通过改变PWM占空比控制电机转速。
代码示例（C语言）
#include <stdio.h>
#include "stm32f10x.h"
void TIM2_Config(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); // 使能TIM2时钟
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1; // 自动重装载值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; // 预分频器
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500 - 1; // PWM占空比50%
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); // 使能TIM2
}
int main(void)
{
TIM2_Config();
while(1)
{
// 改变PWM占空比以改变电机转速
}
}
实验五：ADC读取模拟信号
实验目的
- 学习ADC（模数转换）的原理。
- 读取模拟信号并进行处理。
实验步骤
- 硬件准备：准备一个具有ADC功能的开发板和一个传感器。
- 软件准备：编写ADC读取的代码。
- 测试：观察ADC读取的数据变化。
代码示例（C语言）
#include <stdio.h>
#include "stm32f10x.h"
void ADC_Config(void)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); // 使能ADC1时钟
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
ADC_ResetCalibration(ADC1);
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
ADC_StartCalibration(ADC1);
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
}
int main(void)
{
ADC_Config();
while(1)
{
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); // 启动ADC转换
while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET); // 等待转换完成
uint16_t adcValue = ADC_GetConversionValue(ADC1); // 读取转换值
// 处理adcValue
}
}
实验六：I2C通信
实验目的
- 学习I2C通信的原理。
- 实现与I2C设备的数据交换。
实验步骤
- 硬件准备：准备一个具有I2C功能的开发板和一个I2C设备。
- 软件准备：编写I2C通信的代码。
- 测试：通过I2C读写I2C设备的数据。
代码示例（C语言）
#include <stdio.h>
#include "stm32f10x.h"
void I2C_Config(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE); // 使能I2C1时钟
I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000; // I2C速度为100KHz
I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;
I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;
I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;
I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;
I2C_InitStructure.I2C_Acknowledgemode = I2C_Acknowledgemode_Fast;
I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);
I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);
}
int main(void)
{
I2C_Config();
while(1)
{
// 发送数据到I2C设备
// 接收数据从I2C设备
}
}
实验七：SPI通信
实验目的
- 学习SPI通信的原理。
- 实现与SPI设备的数据交换。
实验步骤
- 硬件准备：准备一个具有SPI功能的开发板和一个SPI设备。
- 软件准备：编写SPI通信的代码。
- 测试：通过SPI读写SPI设备的数据。
代码示例（C语言）
#include <stdio.h>
#include "stm32f10x.h"
void SPI_Config(void)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); // 使能GPIOB和SPI1时钟
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5; // MOSI、MISO、SCK
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; // NSS
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_Mosi | SPI_Direction_Miso | SPI_Direction_Sck;
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2;
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}
int main(void)
{
SPI_Config();
while(1)
{
// 发送数据到SPI设备
// 接收数据从SPI设备
}
}
实验八：CAN通信
实验目的
- 学习CAN通信的原理。
- 实现与CAN设备的数据交换。
实验步骤
- 硬件准备：准备一个具有CAN功能的开发板和一个CAN设备。
- 软件准备：编写CAN通信的代码。
- 测试：通过CAN读写CAN设备的数据。
代码示例（C语言）
#include <stdio.h>
#include "stm32f10x.h"
void CAN_Config(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE); // 使能CAN1时钟
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_13; // CAN_TX、CAN_RX
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure;
CAN_InitStructure.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal;
CAN_InitStructure.CAN_SJW = CAN_SJW_1tq;
CAN_InitStructure.CAN_BS1 = CAN_BS1_3tq;
CAN_InitStructure.CAN_BS2 = CAN_BS2_4tq;
CAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 6; // 分频系数
CAN_InitStructure.CAN_TTCM = DISABLE;
CAN_InitStructure.CAN_ABOM = DISABLE;
CAN_InitStructure.CAN_AWUM = DISABLE;
CAN_InitStructure.CAN_NART = DISABLE;
CAN_InitStructure.CAN_RFLM = DISABLE;
CAN_InitStructure.CAN_TEOFN = DISABLE;
CAN_InitStructure.CAN_Tequence = DISABLE;
CAN_InitStructure.CAN_BRP = 6;
CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure);
CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber = 0;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdList;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_16bit;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh = 0x0000;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow = 0x0000;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment = 0;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation = ENABLE;
CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);
CAN_Cmd(CAN1, ENABLE);
}
int main(void)
{
CAN_Config();
while(1)
{
// 发送数据到CAN设备
// 接收数据从CAN设备
}
}
实验九：RTC实时时钟
实验目的
- 学习RTC（实时时钟）的原理。
- 使用RTC获取系统时间。
实验步骤
- 硬件准备：准备一个具有RTC功能的开发板。
- 软件准备：编写RTC读取时间的代码。
- 测试：观察RTC显示的系统时间。
代码示例（C语言）
#include <stdio.h>
#include "stm32f10x.h"
void RTC_Config(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_RTC, ENABLE); // 使能RTC时钟
RTC_TimeTypeDef RTC_TimeStructure;
RTC_TimeStructure.RTC_Hours = 0; // 时
RTC_TimeStructure.RTC_Minutes = 0; // 分
RTC_TimeStructure.RTC_Seconds = 0; // 秒
RTC_TimeStructure.RTC_H12 = RTC_H12_AM; // 12小时制
RTC_SetTime(&RTC_TimeStructure);
RTC_DateTypeDef RTC_DateStructure;
RTC_DateStructure.RTC_WeekDay = 0x00; // 星期
RTC_DateStructure.RTC_Month = 0x01; // 月份
RTC_DateStructure.RTC_Date = 0x01; // 日期
RTC_DateStructure.RTC_Year = 0x20; // 年份
RTC_SetDate(RTC_Format_BCD, &RTC_DateStructure);
}
int main(void)
{
RTC_Config();
while(1)
{
// 读取RTC时间
}
}
实验十：看门狗定时器
实验目的
- 学习看门狗定时器的工作原理。
- 使用看门狗定时器防止系统死锁。
实验步骤
- 硬件准备：准备一个具有看门狗定时器的开发板。
- 软件准备：编写看门狗定时器的代码。
- 测试：观察系统在遇到死锁时是否能够被看门狗定时器恢复。
代码示例（C语言）
#include <stdio.h>
#include "stm32f10x.h"
void IWDG_Config(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_IWDG, ENABLE); // 使能看门狗定时器
IWDG_Init(4095); // 设置看门狗定时器计数为4095
}
int main(void)
{
IWDG_Config();
while(1)
{
// 执行任务
IWDG_ReloadCounter(); // 重新装载看门狗计数器
if(/* 出现错误 */) break; // 出现错误，停止看门狗定时器
}
}
总结
通过以上十大实验，初学者可以系统地学习和掌握嵌入式系统的基础知识和实践技能。每个实验都是嵌入式系统开发中不可或缺的一部分，熟练掌握这些实验有助于未来在嵌入式领域的发展。希望本文的详细讲解能对您的学习有所帮助。