利用温度采集系统实例来学习FreeRTOS的一些基本概念

haojieChen · 发表于 2022-5-26 15:53:18

硬件连接：DQ连接到PB7引脚，VCC连接5V, GND连接地（DQ的引脚可以在硬件宏中进行更改）

实验验证：利用外部中断发送信号量，进行温度采集，然后利用串口将温度信息进行打印，在实例中学习FreeRTOS的一些基本概念

一些问题：由于ds18b20需要使用微妙级定时，而FreeRTOS提供的vTaskDelay()提供的延时的最小精度是微秒级的，并且FreeRTOS使用了SysTick的中断，所以需要利用一个定时器来实现所需的微妙级定时，在此实例中，使用了TIM6，实现10us的定时，为什么不适用1us定时，因为当配置实现1us的定时的时候会出现，延时不准确的问题，具体原因还没有找到，如果实现1us定时器中断的朋友可以在下方评论，谢谢！

#include "bsp_ds18b20.h"
static uint8_t Read_Byte(void);
static uint8_t Read_Bit(void);
static void Write_Bit_1(void);
static void Write_Bit_0(void);
static void Write_Byte(uint8_t dat);
static void DS_DIR_OUT(void);
static void DS_DIR_IN(void);
void Init_DS18B20(void)
{
uint8_t t = 0;
DS_DIR_OUT(); //设置GPIO为推挽输出模式
GPIO_SetBits(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN);
delay_10us(1);
GPIO_ResetBits(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN); //发送一个复位脉冲
delay_10us(60); //延时>480us
GPIO_SetBits(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN); //拉高数据线
delay_10us(5);
DS_DIR_IN(); //设置GPIO口为上拉输入模式
while (GPIO_ReadInputDataBit(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN) == SET) //等待被拉低
{
delay_10us(1);
t++;
if (t>=240)
{
printf("DS18B20初始化失败\n");
return ;
}
}
t = 0;
/* 等待总线被释放 */
while (GPIO_ReadInputDataBit(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN)==RESET && t<=240)
{
t++;
delay_10us(1);
}
if (t>=240)
printf("DS18B20初始化失败\n");
// else
// printf("DS18B20在线\n");
}
/**
* [url=home.php?mod=space&uid=41770]@brief[/url] 向DS18B20写入一位0
*
*/
static void Write_Bit_0(void)
{
GPIO_ResetBits(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN); //启动总线
delay_10us(9); //在60us-120us之间
GPIO_SetBits(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN); //释放总线，0写入完成
delay_10us(1); //至少1us
}
/**
* @brief 向DS18B20写入一位1
*
*/
static void Write_Bit_1(void)
{
GPIO_ResetBits(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN); //启动总线
delay_10us(1); //大于1us
GPIO_SetBits(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN); //写入1
delay_10us(5); //在15-60us之间
}
/**
* @brief 单片机从DS18B20读一位
*
*/
static uint8_t Read_Bit(void)
{
uint8_t dat;
/* 设置GPIO为输出模式 */
DS_DIR_OUT();
GPIO_ResetBits(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN); //启动总线
delay_10us(1); //大于1us
DS_DIR_IN(); //设置为上拉输入模式，从GPIO读取数据
if (GPIO_ReadInputDataBit(DS18B20_DQ_PORT, DS18B20_DQ_PIN)) //高电平返回1
dat = 1;
else //低电平返回0
{
dat = 0;
}
delay_10us(5);
return dat;
}
/**
* @brief 从DS18B20读取一个字节
*
*/
static uint8_t Read_Byte(void)
{
uint8_t i, dat=0;
for (i=0; i<8; i++)
{
dat = dat | (Read_Bit()<<i); //DS18B20先传递低位
}
return dat;
}
/**
* @brief 单片机向DS18B20写入一个字节
*
*/
static void Write_Byte(uint8_t dat)
{
uint8_t i=0;
DS_DIR_OUT(); //设置GPIO为输出方向
for(i=0; i<8; i++)
{
if (dat & (1<<i))
Write_Bit_1();
else
Write_Bit_0();
}
}
extern QueueHandle_t temperature;
extern SemaphoreHandle_t startGetTemperature;
void Read_Temperature(void)
{
uint8_t tempL, tempH;
double temp;
while (1)
{
xSemaphoreTake(startGetTemperature, portMAX_DELAY);
Init_DS18B20(); //初始化DS18B20
Write_Byte(0xCC); //跳过读取序列号操作
Write_Byte(0x44); //启动温度转换
/* 等待DS18B20温度转化完成 */
while (Read_Bit()==0)
{
//delay_us(100000); //100ms
delay_10us(10000);
}
Init_DS18B20(); //再次初始化DS18B20
Write_Byte(0xCC);
Write_Byte(0xBE); //读取温度寄存器
tempL = Read_Byte(); //读取LSB
tempH = Read_Byte(); //读取MSB
if (tempH>0x7F) //最高位为1，则表示为负数
{
tempL = ~tempL; //???????
tempH = ~tempH + 1;
}
temp = ( (tempH<<8) + tempL ) * 0.0625;
xQueueSendToBack(temperature, &temp, portMAX_DELAY);
}
}
/* 设置DS18B20为接收指令模式 */
void DS_DIR_OUT(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(DS18B20_CLK, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS18B20_DQ_PIN;
GPIO_Init(DS18B20_DQ_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
/* 设置DS18B20为发送数据模式 */
void DS_DIR_IN(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(DS18B20_CLK, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS18B20_DQ_PIN;
GPIO_Init(DS18B20_DQ_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
/**
* @brief 读取DS18B20的64位CODE
*/
void Read_DS18B20_Code(void)
{
uint8_t i;
uint8_t code[4];
/* 对DS18B20进行初始化 */
Init_DS18B20();
/* 读取CODE */
Write_Byte(0x33);
for (i=0; i<3; i++)
{
code[i] = Read_Byte();
}
printf("Code = %x%x%x%x\n", code[3], code[2], code[1], code[0]);
}
/**
* @brief 设置DS18B20进行警报的上下界
*
*/
void Set_DS18B20_Alarm(int8_t th, int8_t tl)
{
/* 对DS18B20进行初始化 */
Init_DS18B20();
/* 跳过对DS18B20的寻址 */
Write_Byte(0xCC);
/* 准备对2，3字节写入数据 */
Write_Byte(0x4E);
/* 对2，3字节写入数据 */
Write_Byte(th);
Write_Byte(tl);
Write_Byte(0x7F); //设置12bit
}
/**
* @brief 读取DS18B20寄存器中的数据
*
*/
void Read_DS18B20_Data(void)
{
uint8_t i;
Init_DS18B20();
Write_Byte(0xCC);
Write_Byte(0xBE);
for(i=0; i<9; i++)
{
printf("Byte%d: %x\n", i, Read_Byte());
}
}

复制代码

ds18b20.h

/****************************
* DS18B20的驱动程序
* 条件
需要实现 void delay_us(uint32_t delay)，实现delay微秒的定时
****************************/
#ifndef BSP_DS18B20_H_
#define BSP_DS18B20_H_
#include "stm32f10x.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "semphr.h"
#include "queue.h"
#include "task.h"
#include <stdio.h>
/* 硬件端口的相关定义 */
#define DS18B20_DQ_PORT GPIOB
#define DS18B20_DQ_PIN GPIO_Pin_7
#define DS18B20_CLK RCC_APB2Periph_GPIOA
/* 使用到的函数定义 */
void Init_DS18B20(void); //对DS18B20进行初始化
void Read_Temperature(void); //读取温度
void Read_DS18B20_Code(void); //读取DS18B20的64位CODE码
void Set_DS18B20_Alarm(int8_t th, int8_t tl);
void Read_DS18B20_Data(void); //读取寄存器中的数据
extern void delay_10us(uint32_t);
#endif

复制代码

main.c

/**************************************
* 功能：利用ds18b20来联系FreeRTOS中的队列，互斥量，任务创建
* 将ds18b20读取的数据放入队列中，然后显示函数将温度数据
* 发送到串口进行显示，同时在外部中断中使用互斥量来控制
* 是否进行温度的采集，每按下一次进行一次温度采集，并显
* 示
*
*
* ***********************************/
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "semphr.h"
#include "queue.h"
#include "bsp_key.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "bsp_ds18b20.h"
#include "stm32f10x_tim.h"
#ifndef TRURE
#define TRUE 1
#endif
/*--------------------全局变量声明------------------------------------------------*/
/* 所用使用到的句柄 */
TaskHandle_t getTemperature;
TaskHandle_t taskCompHandle;
/* 用来声明一个全局变量，来检测返回结果 */
BaseType_t xReturn;
volatile uint32_t delay;
//任务将传递数据
QueueHandle_t temperature;
//二值信号量用来同步
SemaphoreHandle_t startGetTemperature;
/*----------------------------------------------------------------------------------*/
/* 函数声明 */
static void BSP_Init(void);
void Show_Temeprature(void* pvParameter);
void Open_Timer6(void);
void Show_Message(void);
void delay_10us(uint32_t);
int main(void)
{
/* 硬件资源初始化 */
BSP_Init();
temperature = xQueueCreate(1, sizeof(double));
startGetTemperature = xSemaphoreCreateBinary();
/* 进行互斥量初始化有效 */
xSemaphoreGive(startGetTemperature);
xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t)Read_Temperature,
(const char*)"Read_Temp",
128,
NULL,
2,
&getTemperature);
printf("获取温度任务创建成功\n");
xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t)Show_Temeprature,
(const char*)"taskComp",
128,
NULL,
3,
&taskCompHandle);
printf("显示温度任务创建成功\n");
vTaskStartScheduler();
while(TRUE);
}
void Show_Temeprature(void* pvParameter)
{
double tem;
while (1)
{
xReturn = xQueueReceive(temperature, &tem, pdMS_TO_TICKS(1000));
if (xReturn==pdPASS)
{
printf("温度为: %lf\n", tem);
}
}
}
static void BSP_Init(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
/* 中断部分配置 */
NVIC_PriorityGroupConfig( NVIC_PriorityGroup_4 );
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn; //定时器6
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
/* 进行中断初始化 */
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
/* LED初始化 */
LED_GPIO_Config();
/* KEY初始化 */
//KEY_Init();
ExternalInterruptOfKey1_Init();
/* 测试硬件是否正常工作 */
LED_RGBOFF;
/* 打开基本定时器6中断 */
Open_Timer6();
/* 让程序停在这里，不再继续往下执行 */
//while (1);
/* 串口初始化 */
USART_Config();
}
void Open_Timer6(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE); //打开TIMER6的时钟
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 8; //分频之后频率为9MHz = 72/(8+1)
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 90; //实现10us的定时
/* 其余的定时器配置，对于基础定时器来说不需要进行配置 */
TIM_TimeBaseInit(TIM6, &TIM_TimeBaseInitStructure);
/* 清除计数器中断标志位 */
TIM_ClearFlag(TIM6, TIM_FLAG_Update);
/* 打开定时器中断 */
TIM_ITConfig(TIM6, TIM_IT_Update, ENABLE);
/* 使能计数器 */
TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);
}
void delay_10us(uint32_t delayDat)
{
delay = delayDat;
while(delay!=0);
}

复制代码

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