物联网之ARM体系结构及接口技术七(波形控制)

波形控制

设备间 通讯实现 

串行通讯

单线             

双线  uart    (全双工 异步)

双线  i2c     (半双工  同步)

三线  spi     (全双工  同步)

并行通讯

        多根数据线 地址线,如内存

串口 UART 协议

uart 串口波形

发送 0xFF 0X00 0X04 0X08数据

串行通信参数设置:BAUD:115200,8位数据,1个停止位,无奇偶校验,发送顺序为低位先发送。

波形实现方法:

  1.   CPU 已实现,仅需设置寄存器

  2.   GPIO管脚模拟波形

I2C 设备

• 双线  i2c   (半双工  同步)

• 支持一主机对多从机

• 可主从切换

 双线  i2c   (半双工  同步)

ID0x3cI2C 设备写数据 0x2e 0x2e ...

1.由主机发起,在SCL为高电平时,SDA由高到低切   变,形成开始信号;

2.接着是7位地址和一位读写标志,这里7位地址为0111100,即0x3c,正是我们代码中设置的地址ID;最后一位为0表示写操作;

3.接着在下一个时钟,主机以高电平状态释放SDA,这时从机响应,将SDA拉低了;

4.接着是两个8位数据00101110与响应,即0x2E

5.还有其它数据和最后的停止位,图中被截掉了

PWM 蜂鸣器 

PWM(Pulse Width Modulation) :

    脉冲宽度调制  。常见应用有:电机控制,DAC输出等

占空比:

    就是输出的PWM中,高电平保持的时间 与该PWM的时钟周期的时间之比 

WDT 看门狗 

工作原理:在系统运行以后也就启动了看门狗的计数器,看门狗就开始自动计数,如果到了一定的时间还不去清看门狗,那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断,造成系统复位

PWM 控制框图

PWM 控制程序

 void PWM_init(void)
{
	GPD0.CON = (GPD0.CON & ~(0xf))    | 0x2;    // GPD0_0 : TOUT_0
	PWM.TCFG0 = (PWM.TCFG0 & ~(0xFF)) |0x63; //Prescaler 0 value for timer 0; 99 + 1 = 100
	PWM.TCFG1 = (PWM.TCFG1 & ~(0xF))  | 0x3;  // 1/8 input for PWM timer 0
		
	PWM.TCNTB0 = 200;   //设置脉冲周期数 200    TOUT PWM输出频率 = TLK/周期数
	PWM.TCMPB0 = 100;   //设置占空比   TCMPB0/TCNTB0 =100/200=1/2  
		
	/* auto-reload, Inverter Off, manual update */
	PWM.TCON = (PWM.TCON & ~(0XF)) | 0XA;
	/* auto-reload, Inverter Off, manual update off, start Timer0*/
	PWM.TCON = (PWM.TCON & ~(0xF)) | 0X9;	
}

 

<think>好的,我现在需要回答用户关于MCU嵌入式架构知识体系学习路径的问题。首先,用户提到了他们之前看到的引用是关于嵌入式软件开发的学习路线,包括Linux系统、RTOS、FreeRTOS、RTT等。我需要确保回答覆盖MCU相关的架构知识,并且给出一个合理的学习路径。 首先,MCU(微控制器单元)是嵌入式系统的核心,所以基础知识部分应该包括微控制器的结构,比如CPU、存储器、外设等。然后,需要提到数字电路基础,如GPIO、ADC、PWM等,这些是硬件操作的基础。接下来,C语言作为嵌入式开发的主要语言,必须强调其重要性,特别是内存管理和指针的应用。此外,通信协议如UART、SPI、I2C也是关键,因为它们是MCU与外部设备交互的桥梁。 然后是RTOS部分,用户之前提到的FreeRTOS、RT-Thread都属于实时操作系统,需要解释实时任务调度、任务间通信等概念。这部分可能需要分点说明学习重点,比如任务管理、中断处理等。 接着是开发工具链,包括IDE(如Keil、IAR)、编译器、调试工具(如J-Link、ST-Link)以及版本控制工具Git。这些都是实际开发中必须掌握的技能。 在进阶知识里,低功耗设计和实时性优化是MCU应用中的重要方面,特别是电池供电的设备。此外,硬件抽象层和驱动开发也是提升代码可移植性的关键。安全性和可靠性,如看门狗、CRC校验,也是不可忽视的部分。 最后,项目实践部分需要强调通过实际项目来巩固知识,比如智能家居、工业控制等应用场景。推荐书籍和社区资源可以帮助用户进一步深入学习。 需要检查是否覆盖了用户的需求,是否引用了提供的引用内容,以及是否符合格式要求,比如使用中文、正确的LaTeX格式,生成相关问题等。同时,要确保回答结构清晰,分阶段逐步引导学习者从基础到进阶,最后到实践,这样的路径更容易理解和跟随。 可能还需要验证一些技术细节,比如RTOS的具体知识点,通信协议的正确性,以及工具链的常用软件是否准确。另外,确保生成的三个相关问题与MCU嵌入式架构紧密相关,能够引导用户进一步探索。</think>### MCU嵌入式架构知识体系学习路径 #### 一、基础知识阶段 1. **微控制器(MCU)核心原理** - 学习MCU内部架构,包括CPU核心(如ARM Cortex-M系列)、存储器(Flash、RAM)、外设(GPIO、定时器、ADC/DAC)等。 - 理解时钟系统、中断机制和电源管理模块[^1]。 - 推荐阅读:MCU厂商数据手册(如STM32、ESP32)。 2. **数字电路与接口技术** - 掌握GPIO输入输出原理,如LED控制、按键检测。 - 学习常用接口协议: - $UART$(异步串口通信) - $SPI$(全双工高速通信) - $I²C$(多主从设备通信) - 实践ADC/DAC数据采集与PWM波形生成。 3. **C语言与嵌入式编程** - 熟练使用C语言进行寄存器级编程,例如: ```c // 配置GPIO引脚为输出模式 GPIOA->MODER |= (1 << 10); // 设置PA5为输出 ``` - 重点掌握指针、结构体、位操作及内存管理(堆栈、静态分配)。 #### 二、RTOS与系统设计 1. **实时操作系统(RTOS)基础** - 学习任务调度算法(如优先级抢占式调度)。 - 掌握任务间通信机制:信号量、消息队列、事件标志。 - 实践FreeRTOS或RT-Thread的移植与开发。 2. **低功耗与实时性设计** - 分析MCU的低功耗模式(Sleep/Stop/Standby),例如: $$ P_{\text{总}} = P_{\text{动态}} + P_{\text{静态}} $$ 动态功耗与频率和电压平方成正比,需优化时钟配置。 - 使用硬件定时器和DMA提升实时性。 #### 三、工具链与开发环境 1. **开发工具实战** - IDE:Keil MDK(ARMCC编译器)、VS Code + PlatformIO。 - 调试工具:J-Link(SWD协议)、逻辑分析仪(抓取SPI波形)。 - 版本控制:Git分支管理(如基于GitLab的CI/CD流水线)。 #### 四、进阶技能 1. **硬件抽象层(HAL)设计** - 实现驱动与业务逻辑解耦,例如: ```c typedef struct { void (*init)(void); uint8_t (*read)(void); } SensorDriver; ``` - 学习STM32 CubeMX或ESP-IDF的HAL库实现。 2. **安全性与可靠性** - 添加看门狗(IWDG/WWDG)防止程序跑飞。 - 数据完整性校验(CRC32、校验和)。 - 电磁兼容(EMC)设计:滤波电路、PCB布局优化。 #### 五、项目实践 - **典型项目示例**: 1. 智能温控系统:通过PID算法+PWM控制风扇转速。 2. 物联网节点:LoRa无线通信+低功耗定时唤醒。 3. 工业控制器:Modbus协议实现PLC功能。 #### 六、学习资源推荐 - **书籍**:《嵌入式C语言自我修养》《ARM Cortex-M3权威指南》 - **社区**:ST Community、EEVBlog论坛 - **实验平台**:STM32 Nucleo开发板、ESP32-C3模组
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