STM32F10x_模拟I2C读写EEPROM(1)(附时序图)


前言

一、主机/从机,发送器/接收器

  • 发送器: 将数据传送到总线的器件

  • 接收器: 从总线接收数据的器件
     

  • 主机:一般指MCU

  • 从机:此处为EEPROM(后面均简称为E2

    • 主机 数据进从机 → 此时发送器主机接收器从机
    • 主机从机 数据 → 此时发送器从机接收器主机
    • 即,发送器既可以是主机也可以是从机,接收器同理。
       

二、I2C总线

  • 1. SDA / SCL

    • 一个I2C总线只包括两个总线:

      • 串行数据线SDA):

        • 双向串行数据输入输出口,用于存储器与单片机之间的数据交换。

        • 主机 / 从机 均可控制 SDA 高低电平。
           

      • 串行时钟线SCL) :

        • 串行时钟输入,通常在其上升沿将SDA上的数据入存储器,而在下降沿从存储器出数据并送往SDA。

        • 仅主机控制 SCL 高低电平。
           

  • 2. 总线空闲状态

    • I2C总线的SDASCL两条信号线同时处于高电平时,规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态,即释放总线,由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。
    • 只有在总线空闲时才允许启动数据传输。
       

三、起始 / 停止信号

  • 1. 时序图

    Alt
  • 2. 起始信号

    • 时钟线 SCL 保持高电平期间 数据线 SDA 电平从高到低的跳变作为I2C总线的起始信号
       
  • 3. 停止信号

    • 时钟线 SCL 保持高电平期间 数据线SDA 电平从低到高的跳变作为I2C总线的停止信号
       

四、数据位传输

  • 1. 时序图

    请添加图片描述
  • 2. 注意事项

    • 1、SCL电平为高时,不可以改换SDA的电平(但是在 I2C总线的起始和结束时例外)。
    • 2、SCL电平为低, 可以改换SDA的电平(准备待传输的SDA数据)
    • 3、在SCL上升沿的过程将SDA数据发送出去。
       

五、应答位信息

  • 1. 应答位信息产生及发送过程

    Alt
    • 1、I2C总线的数据都是以字节(8位)的方式传送的,发送器每发送一个字节之后,
    • 2、主机在时钟的第9个脉冲期间把SCL电平拉低
    • 3、发送器 释放数据总线(把SDA电平拉高),
    • 4、接收器 拉高 / 拉低 SDA,表示一个应答位信号(无应答信号NACK / 应答信号ACK)。
    • 5、主机SCL电平拉高,在上升沿处,传输应答位信息。
       
  • 2. 应答信号ACK

    • 接收器SDA电平拉低,表示一个应答信号ACK

    • 两个用途:

      • 1. 表示一个字节数据成功接收;

      • 2. 主机接收器时(主机进行 操作),未收到最后一个字节前,表示发送器可继续发送数据;
         

  • 3. 无应答信号NACK

    • 接收器把SDA电平拉高,表示一个无应答信号NACK

    • 两个用途:

      • 1. 一般表示接收器未成功接收数据字节;;

      • 2. 主机接收器时(主机进行 操作),它收到最后一个字节后,主机(接收器)应发送一个NACK信号,以通知 从机(发送器) 结束数据发送,并释放数据总线,以便主机(接收器) 发送一个停止信号STOP。;
         

六、小结

  • 写的着急,欢迎纠正
  • ☆⌒(*^-゜)v THX!!
  • 后续还会完善增加内容
  • 码字不易,记得点小心心 ( •̀ ω •́ )✧
<think>好的,我现在要介绍一下基于STM32的智能停车管理系统,功能包括车位检测、路径引导、自动缴费,并且用到了Proteus和Keil的联合仿真。首先,我需要明确每个功能模块的实现方式,以及整个系统是如何协同工作的。 首先是车位检测。通常,车位检测可以用红外传感器或者超声波传感器来检测车位是否被占用。STM32需要实时读取这些传感器的信号,然后通过某种方式(比如LED显示或者无线通信)将信息传输到中央处理单元。可能需要用到ADC模块来转换模拟信号,或者直接读取数字信号。这里可能需要考虑传感器的布局和信号处理,比如如何避免误检,如何处理多个传感器的数据。 接下来是路径引导。这部分可能需要用到显示屏,比如LCD或者LED点阵屏,来显示当前的空闲车位位置,以及最优路径。路径规划算法可能需要集成到STM32中,比如使用Dijkstra算法或者A*算法来计算最短路径。不过,STM32的资源有限,可能需要简化算法,或者使用预存储的路径信息。此外,可能需要通过无线模块(如蓝牙或WiFi模块)与用户的手机App交互,但题目中没有提到App,可能需要直接在停车场内的显示屏上显示路径。 自动缴费系统可能需要用到RFID或者车牌识别技术。用户停车结束后,系统需要计算停车时间和费用,然后通过扫码支付或者RFID卡自动扣费。STM32需要实时计时,并且与支付系统模块(比如RFID读写器或二维码生成模块)进行通信。这里可能需要用到RTC模块来记录时间,以及一些外部存储来存储费率信息。 关于Proteus和Keil的联合仿真,首先需要在Keil中编写STM32的固件程序,然后通过Proteus搭建硬件电路模型,包括传感器、执行器、显示屏等外设。联合仿真时,可能需要配置好Proteus的硬件仿真和Keil的调试环境,确保两者能够通信。比如,在Proteus中加载编译后的hex文件,通过Keil进行单步调试,观察寄存器和变量的变化,验证各个模块的功能是否正常。 接下来需要思考各个模块之间的接口和通信方式。比如,车位检测模块的数据如何传递给路径引导模块,缴费系统如何获取停车时间等。可能需要使用中断或者定时器来实时更新车位状态,同时使用队列或缓冲区来处理数据流,避免数据丢失或冲突。 可能的硬件设计包括:STM32主控板、多个红外传感器(每个车位一个)、LED显示屏用于路径显示、RFID读卡器、按键输入(模拟用户操作)、蜂鸣器或LED指示缴费状态。在Proteus中需要添加这些元件,并正确连接它们的引脚到STM32的GPIO、UART、SPI等接口。 软件部分需要分模块编写:传感器数据采集模块、数据处理与车位状态更新模块、路径规划算法模块、缴费计算模块、显示驱动模块等。在Keil中需要配置好工程,包括正确的时钟设置、外设初始化、中断服务函数等。 可能遇到的难点包括:实时多任务处理(比如同时处理传感器数据和更新显示)、路径算法的优化以适应STM32的处理能力、联合仿真时的时序问题(硬件仿真速度与实际不同步导致逻辑错误)。需要逐步调试,可能先单独测试每个模块,再整合起来进行系统测试。 总结一下,整个系统的工作流程大致是:传感器检测车位状态,STM32处理数据并更新空车位信息,当车辆进入时,根据当前空位计算最优路径并显示,停车期间计时,离场时计算费用并完成自动缴费。在Proteus中需要模拟这些硬件组件,Keil负责程序编写和调试,通过联合仿真验证整个系统的功能是否正常。</think>### 基于STM32的智能停车管理系统介绍 #### 一、系统核心功能 1. **车位检测** - **传感器选择**:使用红外传感器或超声波传感器(如HC-SR04)检测车位占用状态,通过$V_{out}$模拟信号或数字信号输出。 - **数据处理**:STM32通过ADC模块读取模拟信号,或直接读取GPIO数字信号,实时更新车位状态表(例如:用数组$Status[N]$表示N个车位的占用情况)。 - **防误判设计**:通过阈值滤波(如连续5次检测到高电平才判定为占用)避免瞬时干扰。 2. **路径引导** - **显示模块**:采用LCD(如1602或TFT屏)动态显示空闲车位编号及最优路径箭头。 - **路径算法**:简化版Dijkstra算法,以车位节点和通道为图$G(V,E)$,权重$W$为距离,计算最短路径。 - **实时更新**:当车位状态变化时,通过中断触发路径重规划。 3. **自动缴费** - **计时模块**:利用STM32内置RTC记录车辆入场时间$t_{in}$和离场时间$t_{out}$,计算时长$\Delta t = t_{out} - t_{in}$。 - **费率计算**:费用$C = k \cdot \Delta t$($k$为费率系数),支持RFID刷卡(如MFRC522模块)或模拟二维码支付。 - **数据存储**:使用EEPROM或Flash存储交易记录,格式为$\{ID, t_{in}, t_{out}, C\}$。 --- #### 二、硬件设计(Proteus仿真) 1. **核心电路** - **STM32F103C8**:主控芯片,配置时钟树为72MHz。 - **传感器电路**:红外传感器输出接PA0-PA7(ADC模式),超声波Trig接PB8,Echo接PB9(输入捕获)。 - **显示模块**:LCD1602数据线接PC0-PC7,RS=PD0,RW=PD1,EN=PD2。 - **支付模块**:RFID的SDA接PA4,SCK接PA5,MISO接PA6,MOSI接PA7(SP1接口)。 2. **联合仿真配置** - **Keil工程设置**: - 编译生成`.hex`文件,设置`Options for Target → Debug → Proteus VSM Simulator`。 - **Proteus模型**: - 添加`STM32F103C8`、`VIRTUAL TERMINAL`(调试输出)、`LED`(状态指示)。 - 关联`.hex`文件至MCU,开启`Real-Time Simulation`。 --- #### 三、软件设计(Keil实现) ```c // 示例代码片段(车位状态检测) #include "stm32f10x.h" #define SLOT_NUM 8 uint8_t Slot_Status[SLOT_NUM]; // 0=空闲,1=占用 void ADC_Init() { ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE; ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct); ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); } void Read_Slot_Status() { for (int i=0; i<SLOT_NUM; i++) { ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_i, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5); ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET); uint16_t val = ADC_GetConversionValue(ADC1); Slot_Status[i] = (val > 2000) ? 1 : 0; // 阈值判断 } } ``` --- #### 四、调试与优化 1. **分模块验证** - **传感器测试**:在Proteus中注入模拟信号,观察`Slot_Status`数值变化。 - **路径显示**:手动修改车位状态,验证LCD输出是否正确。 2. **时序问题处理** - 调整超声波传感器的输入捕获中断优先级,避免与RTC中断冲突。 3. **功耗优化** - 空闲时切换STM32至低功耗模式(Stop Mode),通过外部中断唤醒。 --- #### 五、扩展功能建议 - **无线通信**:添加ESP8266模块,实现车位数据上传至云平台。 - **车牌识别**:通过OV7670摄像头+图像处理算法(需优化资源占用)。 - **多楼层支持**:扩展车位编号为二维结构(如A01、B02)。 通过Proteus与Keil的联仿,可高效验证硬件逻辑与软件协同性,降低实际部署风险。
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