STM32海创电子物联网项目一

myself_light

已于 2025-04-09 17:01:11 修改

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分类专栏： MCU软件实战文章标签：硬件工程

于 2024-10-29 16:49:28 首次发布

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C语言基础：

格式说明符：

printf 函数的格式说明符：

%d：用于打印一个十进制的整数。
%i：与 %d 相同，用于打印一个十进制的整数。
%u：用于打印一个十进制的无符号整数。
%x：用于打印一个十六进制的整数（小写字母）。
%X：用于打印一个十六进制的整数（大写字母）。
%o：用于打印一个八进制的整数。
%f：用于打印一个浮点数（小数）。
%e 或 %E：用于打印一个科学计数法表示的浮点数。
%g 或 %G：用于打印一个浮点数，根据数值的大小自动选择 %f 或 %e 格式。
%s：用于打印一个字符串。
%c：用于打印一个字符。
%p：用于打印一个指针的值。
%%：用于打印 % 符号本身。

scanf 函数的格式说明符：

%d：用于读取一个十进制的整数。
%i：与 %d 相同，用于读取一个十进制的整数。
%u：用于读取一个十进制的无符号整数。
%x：用于读取一个十六进制的整数。
%o：用于读取一个八进制的整数。
%f：用于读取一个浮点数。
%s：用于读取一个字符串。
%c：用于读取一个字符。
%p：用于读取一个指针的值（通常不推荐使用）。

附加说明：

%n：用于 printf 和 scanf，%n 会将到目前为止输出/输入的字符数赋值给 n 所指向的变量。
%*[格式]：* 表示忽略对应的输入/输出，不存储。
%[范围]c：[范围] 表示读取字符直到遇到指定的字符范围之外的字符。
%[范围]s：[范围] 表示读取字符串直到遇到指定的字符范围之外的字符。
例如：
%05d：打印一个至少5位的整数，不足部分用0填充。
%6.2f：打印一个浮点数，总宽度至少为6位，小数点后保留2位。
%10s：打印一个字符串，宽度至少为10位，如果字符串长度不足10位，则左侧用空格填充。

指针操作：

地址：类比于一个房间

数据：类比于一个房间的椅子

数组与指针：

在 C 语言中，指针和数组紧密相关。当有一个指向数组第一个元素的指针时，可以通过下标来访问数组的元素，就像使用数组名一样。

例如：

unsigned char mqtt_TxBuff[7][400];
unsigned char *mqtt_TxInPtr;

mqtt_TxInPtr=mqtt_TxBuff[0]时，那么可以使用mqtt_TxInPtr[0]来表示mqtt_TxBuff[0][0]，mqtt_TxInPtr[1]来表示mqtt_TxBuff[0][1].

相当于mqtt_TxInPtr[0]表示的是mqtt_TxBuff[0][0]内元素的值，而不是地址。但只能把mqtt_TxInPtr[0]和mqtt_TxBuff[0][0]互换使用，不能当作完全相同的东西

指针和二维数组：

在一维数组中，例如b[12]，b是一个数组名，可以代表数组的首地址，之后的地址b+1，b+2

在二维数组中，例如a[3][4]，三行四列，每一行地址用a[0]、a[1]、a[2]表示，每行内元素的地址为

a[0]+1、a[0]+2...

枚举类型enum：

定义一个枚举类型，它会自动赋予（默认从0开始）每个常量分配了自定义的整数值，依次递增（也可以自定义需要自己全部写出来）。

Strlen和Sizeof的区别：

memcpy：

printf和sprintf的区别：

memset函数和strstr函数：

strcopy是将每个字符存放在数组中，str[0]=h,str[1]=a...

memset主要用于清零和初始化的作用

1、STM32基础

对寄存器的操作：

以配置GPIO为例

1、打开端口对应的时钟；

2、配置输出模式；

3、输出电平。

每一步都是：查找基地址+偏移地址，再进行配置。

例子：打开PC13，配置成低电平。

第一步：配置PC13的时钟

因为GPIOC_PC13属于APB2，选择端口C的时钟

首先找到地址：基地址为：0x40021000+偏移地址：0x18=实际地址：0x40021018

再对地址中具体的位进行操作：

打开端口C的时钟，首先将0x40021018转换为单片机能识别的地址

（unsigned int*）0x40021018

将地址里面的值取出来

*（unsigned int*）0x40021018

再改变里面的第四位（配置时钟完成）

*（unsigned int*）0x40021018|=（1<<4）;

第二步：配置输出、输出模式

3、输出低电平

最终的代码：

对结构体的操作：

最终：

模块化：

编写.C文件

再编写.h文件

编写完成后一定要添加相应的抬头

库函数初始化函数的分析：

1、配置RCC

2、配置结构体

GPIO_InitStruct为结构体指针类型，需要对里面的成员进行赋值；结构体对引脚、引脚功能进行配置（都属于配置引脚），类型不同，所以需要在初始化时加上"&"的符号。

GPIOx为结构体类型，成员类型相同，只需要赋予结构体的地址，他的每个成员就有明确的地址，但它本身就是一个地址，所以不用取地址&的符号。

用标准库点亮一个LED灯：

配置的函数不能弄错（犯的第一个出错误）

模块化的步骤：

1、在USER文件夹添加.c和.h文件

不能自己在项目里添加，不然文件会保存到工程文件夹下。

2、3添加头文件路径

4、编写.C和.H文件

5、完成主函数

软件仿真和硬件仿真的设置：

首先点击Flie→Device database找到所使用的单片机类型

将DLL、Parameter复制到对应位置

点击ST_Link Debugger设置

调试过程：

打开对应的设置，查看相应程序的运行顺序

打开软件的示波器，可以观察对应波形的变化

STM32的中断：

中断用前四个位来表示优先级，两个为抢占优先级、两个为响应优先级

中断需要先考虑抢占优先级、再考虑响应优先级

SYSTICK定时器：

原理：

一般选用9M的频率（1s 9*10^6次）的时钟,首先赋值重装载寄存器，清空递减计数器并赋值。

所用到的寄存器：

STK_VAL控制寄存器：

STK_LOAD重装寄存器：

STK_VAL递减计数器：

编程思路（延时1s）：

使用库函数延时（1s）：

VAL寄存器以及LOAD寄存器都是24位的，它的最大值是1111 1111 1111 1111 1111 1111，转化乘十进制后是16777215。即装载的最大十周周期个数为16777215。

TIM定时器：

基本介绍：

PSC+1的原因：预分频器的工作方式是，每当定时器时钟源（比如内部时钟）“tick”一次，预分频器计数器的值就会增加1，直到达到预分频器设定的值（PSC值），然后计数器会再“tick”一次后归零，同时计数器（CNT）的值增加1。因此，为了得到实际的分频系数，需要在PSC的设定值上加1。

预分频器的作用：

1、降低时钟频率，以满足慢需求；

2、提高定时器的精度；

3、减小计数器的溢出

4、节能、提高兼容性、灵活性

定时器配置：

功能实现：

写定时器必须要写对应的中断

UART串口相关理论：

功能实现：

TXE标志位：

TC标志位：

因为状态寄存器（USART_SR）的复位值为0x00C0，TC在最开始就被置1了，所以在执行过程中，造成发送的第一个数据丢失。

实验代码和现象：

修改程序：清除TC位

发送一个字符串：

代码实现和实验现象：

接收一个字符串：

2、DH11模块

基本介绍：

传输过程：

总体过程：

DHT11的初始化，在MCU复位完成后，单片机与DH11进行输入输出切换。

发送数据：

结束：

代码部分：

MCU复位配置：

DH11初始化：

DH11为从机，初始化需要受到主机的监控，这样初始化主机才认为你的响应是成功的

单片机接受1位：

单片机接受一个字节：

单片机接受五个字节：

巧用printf函数：

执行printf函数需要几十us的时间，所以在时间精确到us的函数里面，不适合使用printf。

温湿度传感器中printf设置的delay时间一般间隔时间设置为1.1s。

3、IIC通信协议

代码部分：

起始信号：

数据传输：

OLED的第一个位包括地址、读写位等信息，由于IIC通信上的从机是与的关系，需要主机发送一个地址和读写信号，让对应的从机识别并操作。

代码和现象：

OLED引脚初始化：

产生IIC起始信号：

要先配置引脚的状态

产生IIC终止信号：

写入一个字节：

验证从机是否存在：

IIC上的每一个设备都会有一个固定的地址（查看参考手册），当主机在总线上发送一个地址，对应的从机识别后，会发送一个应答信号给主机（也就是这里的IIC_Write函数的功能中最后返回的应答位）

主函数：

实验现象：

4、OLED液晶屏

基本知识：

单片机通过控制SSD1306芯片控制OLED，通过IIC接口通信。

显示字符、汉字：

理论部分：

程序部分：

显示数字：

最终效果:

5、ESP8266WIFI

基本介绍：

6、MQTT理论

基本概念：

MQTT是一个云服务平台的协议，可以与不同的地方进行通信。

物联网平台下的名字解释：

具体操作：

1、创建阿里云平台

CONNECT报文-固定报头：

？？表示最后CONNECT报文后面还有多少个字符，将字符数量化为16进制就是？？的值。

CONNECT报文-可变报头：

CONNECT报文-有效载荷：

MQTT---CONNECT连接_mqtt--- connect连接-优快云博客

剩余长度：

服务质量：

订阅主题和订阅确认：

操作与CONNECT报文一致：

订阅确认：

返回0A是因为订阅主题的可变报头是0A

取消订阅与取消订阅确认：

发布消息与发布确认：

7、C语言实现CONNECT报文：

固定报头和可变报头部分：

固定的直接用数组存储即可，剩余长度为可变部分，用函数计算出长度即可。

当剩余长度超过128时，进行判断：

对remaining_len进行判断，低字节在前面，高字节在后面

例如：当remaining_len=256时。（如果超过128，低位中，要将第八位置1所以要与上0x80）

有效载荷部分：

客户端标识符：

【00+客户端标识符+客户端】

用户名：

【00+用户名标识符+用户名】

密码：

【00+28+密码】

代码部分：

while中的代码有错

应该是len=remaining_size%128；

remaining_size=remaining_size/128。

这里应该是

len=remaining_size%128;

remaining_size=remaining_size/128.

8、数据发送机制

通过WIFI端口，更改TCP和端口连接阿里云服务器。

模型部分：

容器的介绍：

发送的思路：

1、单片机发送数据给容器；

2、容器再发送数据给单片机；

判断是否有新命令的思路：

首先在一开始定义mqtt_TxInPtr=mqtt_TxOutPtr；

当单片机发送数据给容器时，执行命令mqtt_TxInPtr+=400，使得mqtt_TxInPtr会移到下一行，使得mqtt_TxInPtr≠mqtt_TxOutPtr（表明有新数据），再通过mqtt_TxOutPtr指针把数据发送出去；

发送完成后，mqtt_TxOutPtr也会移到下一行数据，从而又使得mqtt_TxInPtr=mqtt_TxOutPtr，为下一次数据做准备。

每行数据的前两位表示数据的长度，从第三位开始才是真正的数据

代码实现部分：

初始化容器与指针：

单片机发送数据到容器：

容器发送数据到阿里云：

主函数进行判断是否新数据和数据发送的功能是什么

总体代码：

9、数据接收机制

将发送WiFi模块的每个指令返回一个值用于判断是否连接成功，主函数的主题部分分为

if 连接上WiFi模块做什么

else 没连接上要做什么

模型部分：

数据接收过程：

代码部分：

1、首先建立一个接收容器

2、通过USAT2接收数据

首先在连接上阿里云服务器之前，主要用于WiFi接收数据；

USAT2的中断函数：当USAT2接收到数据时，会触发中断；将接收到的数据存放在USAT2_Buff[]容器中（缓冲区），并通过USAT2_RxCounter统计接收的字节数。

其次在连接上阿里云服务器之后；

用TIM4定时器判断是否一组数据，（函数if部分为未连接上阿里云服务器之前的USAT2执行的中断，else为连接上之后USAT2执行的中断）。

首次在接收到第一个数据后，开启TIM4定时器，然后继续接收数据，由于每接收一个字节都会对TIM4定时器进行清零，直到接收到下一组数据中，间隔时间超过40ms，触发TIM4定时器的中断。

数据被存在USART2_RxBuff[]中，数据的字节个数被存在USART2_RxCounter中。

TIM4定时器中断：

将USART2_RxBuff[]数据发送到容器中，同数据发送机制一样

3、主函数对接收容器中的数据进行判断

判断接收到的数据是否有对应的字节，输出相应的响应

10、订阅报文的发送

模型部分：

通过标志位来依次发送：

1、WiFi连接成功后，将Connect_flag置1；

2、Connect_flag为1时，发送Connect报文，成功后将ConnectPack_flag置1；

2、ConnectPack_flag为1时，发送SUBCRIBE报文，成功后将Subcribe_flag置1。

代码部分：

编写订阅报文部分：

主函数部分：

11、Ping报文

模型部分：

在订阅成功后，将Subcribe_flag置1，然后发送Ping报文，利用TIM3定时器三实现每隔30秒发送一次Ping报文。

代码部分：

Ping代码的优化部分：

使用一个标志位Ping_Flag去进行判断，产生中断后对Ping_Flag++，然后接收响应后在主函数置零。

如果没有响应，则间隔发送或者重新将WIFI标志位置零，重新连接。

12、Publish报文功能实现

模型描述：

程序部分：

主体函数思路：

Publish报文：

实验结束20241205