本科毕业论文基于STM32单片机的自行车转向刹车灯设计

1、 河南师范大学本科毕业论文 学号： 1102424021 基于STM32的自行车转向刹车灯设计 学院名称： 物理与电子工程学院 专业名称： 电气工程及其自动化 年级班别： 2011 级 姓 名： 指导教师： 2015年5月基于STM32单片机的自行车转向刹车灯设计摘 要本课题选用了STM32F103C8T6单片机和ADXL345三轴加速度传感器，来控制全彩灯珠和红外线激光灯，达到指示自行车的刹车或者转向的功能。本文首先介绍了STM32系列芯片和ADXL345加速度芯片的功能和特点。之后详细介绍了刹车灯系统的硬件和软件设计。难点是硬件设计中的问题与思考，重点软件设计中运用模块化编程的方法组建代码的过程。经过调试运行结果分析，该设计实现了刹车时全彩灯珠自动亮起，转向前主动触发，使红外线激光灯产生显著的转向信号的功能，满足了设计的要求。论文最后总结了设计中出现的问题以及解决方法。关键字：STM32，ADXL345，自行车刹车灯，转向灯 The Bicycle Break Light and Steering Lamp Based on STM32 AbstractThis subject s

2、elects the STM32F103C8T6 micro-controller and ADXL345 three axis acceleration sensor, to control the RGBLED and infrared laser light, to indicate a bicycle braking or steering function.First this paper introduces some information and characteristics of STM32 series chip and ADXL345 acceleration chip. And then introduces the design of hardware and software of the system. The difficulty is the problem and thinking in the process of hardware design, using the method of modular programming key softw

3、are design building code. Through the detailed analysis of the operation result, the design and implementation of the RGBLED automatically lights up when braking,active triggering makes the infrared laser light generated signal function significantly before steering,in accordance with the design requirements. The thesis finally summarizes the problems occurred in design and their solutions.Keywords:STM32，ADXL345，the bicycle break lights ，steering lampIV目 录 基于STM32的自行车转向刹车灯I摘 要I前 言11 . Cortex-M3与

4、STM32简介31.1Cortex-M3与STM32的关系31.2 STM32的优越性31.3 STM32的系统结构、内核及指令集示意图：41.4 STM32F103C8T6的基本参数、内设与引脚位52. ADXL345与SPI简介72.1 ADXL345简介72.2 SPI介绍83 硬件设计103.1 硬件设计概述103.2 电源部分的硬件设计123.3 STM32和ADXL345硬件设计133.4 全彩灯珠的设计153.5转向按键与红外线激光灯的设计163.6其它硬件设计184 软件设计214.1 STM32固件库开发概述214.2 程序代码结构214.3 main.c结构说明224.4 按键功能软件设计234.5 ADXL345的软件设计264.6 模式切换的软件设计275 总结305.1 在调试过程中出现的问题和解决办法305.2 在软件设计中总结的技巧315.3 个人成长31参考文献33致 谢34前 言 骑自行车既是一种环保的出行方式，又是一种健康的运动方式。对于个人来说，骑自行车不仅可以减肥，使身体匀称，同时可以强化心脏功能，有避免高血压等疾病的功能。骑自行车可以使骑行者血

5、液循环加速，主动吸入大量新鲜空气，从而使骑行者脑筋更清楚。有研究显示，骑自行车上班或者上学，可以提升人的幸福感。特别是在风景优美的地方骑行，会让人觉得心旷神怡，充分感受到运动的快乐和自然的美好。对于自然来说，骑自行车出行可节约能源、降低噪音、减少污染，生态效应明显。建设“资源节约型、环境友好型”社会是我国经济社会发展的客观要求。个人开车上下班会对环境产生巨大危害，给城市交通也带来巨大压力。因此积极提倡自行车出行，是利国利民的好事。然而，中国的自行车骑行氛围非常不乐观。中国曾是自行车的王国，却像一些发达国家一样过度强调汽车经济，各个城市汽车保有量连年上升，冷落自行车成为常见社会现象，鄙视普通骑行者更是成为大众心理。另外，由于汽车尾气，工厂排污等造成的环境污染，导致许多城市适合户外运动的天数越来越少。加之中国司机普遍素质不高，在驾驶机动车行车过程中常常占用自行车道。特别是从自行车道超车这种行为，给骑行者带来很大的威胁。尤其是在夜间，机动车占道超车的危害更大。与机动车不同，自行车出现刹车、转向等行驶状态的变化时，没有显著的指示。如果在转向或者刹车时自行车道被机动车占用的话，对于骑行者来说将是

6、非常危险的事情。本设计可以归类为骑行装备的一种，设计初衷是为了给骑行者提供一种较为显著的可以警示转向或者刹车的工具。与头盔、护膝之类传统的骑行装备相比，可以在危险发生前提供预警，减小危险发生的几率。按照实现方法来说的话，本设计属于基于STM32单片机的一个小型电子设备。与常见的长亮型市售刹车灯相比，更加智能，功耗也更低。与无光源反射式的后座警示灯相比，本设计的警示方式更加显眼，也更加时尚。综上，本设计与其它骑行装备相比，是具有一定的独创性的智能化警示设备。本设计虽然只是为了检验学习情况，而做的一个小制作性质的发明，但其设计思路却以正规产品思路为指导，没有追求一味地多添加功能，以增加其技术含量，而是真正考虑到如果要作为实际产品的话，需要考虑的功能、成本和功耗。因此，本设计最大程度追求降低功耗，裁去多余硬件，功能求专而不求多。本文共分为5部来写，首先介绍了STM32系列芯片的和ADXL345芯片的特点，然后是系统硬件设计和系统软件设计，最后是总结设计中出现的问题及其解决办法，个人收获。1 . Cortex-M3与STM32简介1.1Cortex-M3与STM32的关系STM32是采用Cor

7、tex-m3的内核的一种CPU，Cortex-M3是ARM架构的一种。Cortex-M3采用ARM V7构架，支持Thumb-2指令集，同时具有很多强大的特性。较之ARM7 TDMI，Cortex-M3不仅拥有更强的性能、更高的代码密度、而且可以位带操作、中断嵌套、低成本、低功耗。国内 Cortex-M3 市场，意法半导体公司的STM32是毋庸置疑的领跑者，不论是在市场占有率，技术支持还是使用氛围等方面，都远超其他对手。所以本设计在Cortex-M3芯片的时候，自然而然地就考虑了STM32。1.2 STM32的优越性STM32 的优越性体现在以下几个方面：1. 超低的价格。几乎与8位单片机的价格持平是STM32最大的优势。就本设计所选的STM32F103C8T6而言，在北京中发电子市场买10片的话，每片仅需10.5元。而一块STC89C52RC就需要9元。两者的性能差别却非常之大。2. 丰富的外设。STM32 拥有包括：TIMER定时器、SPI通讯协议、I2C总线、USB通讯协议、CAN总线、数模转换器、 模数转换器、RTC、DMA 等众多外设或者功能，具有很高的集成度。本设计中单片机

8、通过SPI与ADXL345三轴加速度芯片进行通信。3. 丰富的型号。STM32中的M3系列内核拥有多个系列上百种型号，十分丰富。其封装库也有较多的选择，如QFN、LQFP、BGA 等。本设计选取了LQFP48L封装，是一种方便手工焊接，且体积较小的封装。4. 优异的实时性能。由于STM32芯片的多数IO口都可以通过不同的映射设置，来作为中断输入，所以提供了较多的中断数量，最多可达84个，且具有16级可编程的优先级，合理地规划中断数量和优先级可以有效保障实时性能。5. 杰出的功耗控制。STM32所有的外设都有自身的独立时钟开关，相应外设的时钟被设置为关闭的话可以有效降低功耗。本设计充分应用了STM32的这个特性，所有的外设全部以中断的方式来控制，在不使用的时候关闭相应时钟，追求最大程度降低功耗。6. 较快的开发速度。ST将各个寄存器的操作集成了一个官方固件库，将寄存器的使用方法封装到不同的函数中，开发者通过API直接调用这些函数即可操作寄存器，不需要深入底层注重这些寄存器的操作细节，因此大大提升了开发速度。 7. 极低的开发成本。STM32的官方仿真器价格很低，且国产的仿真器质量也可以接受，不像某些单片机仿真器动辄上千，另外支持SWD和JTAG两种调试办法，方便使用。本设计使用SWD调试，只需要2个IO口，即可实现仿真调试。 1.3 STM32的系统结构、内核及指令集示意图：图1-1 STM32的系统结构图1-2 Cortex-M3处理器内核与Cortex-M3芯片的关系 图1-3 Thumb-2指令集与Thumb指令集的关系示意图1.4 STM32F103C8T6的基本参数、内设与引脚位基本参数：类别：集成电路(IC)所属：嵌入式微控制器位数：32位最高速度：72MHz输入/输出IO数：37程序存储器容量：中型64K 程序存储器类型：Flash闪存RAM容量：20K x 8电源电压：2 V-3.6 VADC：10x12b工作温度：-40C-85C封装/外壳：LQFP-48L贴片式图1-4 STM32F103C8T6内设与引脚图2. ADXL345与SPI简介2.1 ADXL345简介概述 ADXL345是一种体积小巧的低功耗三轴加速度芯片传感器，拥有可达13位的分辨率和16g的测量范围。输出16位补码数据，可通过SPI或I2C

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