【正文】 學(xué)號(hào)： 1102424021 基于 STM32 的自行車轉(zhuǎn)向剎車燈 設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱： 物理與 電子 工程學(xué)院 專業(yè)名 稱： 電氣工程及其自動(dòng)化 年級(jí)班別： 2021 級(jí) 姓 名： 指導(dǎo)教師： 2021 年 5 月河南師范大學(xué) 本科畢業(yè)論文 I基于 STM32 單片機(jī) 的自行車轉(zhuǎn)向剎車燈 設(shè)計(jì) 摘 要 本課題選用了 STM32F103C8T6單片機(jī)和 ADXL345三軸加速度傳感器，來(lái)控制全彩燈珠和紅外線激光燈，達(dá)到指示自行車的剎車或者轉(zhuǎn)向的功能。 本文首先介紹了 STM32系列芯片和 ADXL345加速度芯片的功能和特點(diǎn)。之后詳細(xì)介紹了剎車燈系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。難點(diǎn)是硬件設(shè)計(jì)中的問(wèn)題與思考，重點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)中運(yùn)用模塊化編程的方法組建代碼的過(guò)程。經(jīng)過(guò)調(diào)試運(yùn)行結(jié)果分析，該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了剎車時(shí)全彩燈珠自動(dòng)亮起，轉(zhuǎn)向前主動(dòng)觸發(fā)，使紅外線激光燈產(chǎn)生顯著的轉(zhuǎn)向信號(hào)的功能，滿足了設(shè)計(jì)的要求。論文最后總結(jié)了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題以及解決方法。 關(guān)鍵字 ： STM32， ADXL345，自行車剎車燈，轉(zhuǎn)向燈 II The Bicycle Break Light and Steering Lamp Based on STM32 Abstract This subject selects the STM32F103C8T6 microcontroller 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 software 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 lamp III 目 錄 基于 STM32 的自行車轉(zhuǎn)向剎車燈 ........................................ I 摘 要 .............................................................. I 前 言 ............................................................... 1 1 . CortexM3 與 STM32 簡(jiǎn)介 .......................................... 3 與 STM32 的關(guān)系 ..................................... 3 STM32的優(yōu)越性 .............................................. 3 STM32 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、內(nèi)核及指令集示意圖： ...................... 4 STM32F103C8T6 的基本參數(shù)、內(nèi)設(shè)與引腳位 ...................... 5 2. ADXL345 與 SPI 簡(jiǎn)介 ............................................... 7 ADXL345 簡(jiǎn)介 ................................................ 7 SPI 介紹 .................................................... 8 3 硬件設(shè)計(jì) ......................................................... 10 硬件設(shè)計(jì)概述 ............................................... 10 電源部分的硬件設(shè)計(jì) ......................................... 12 STM32 和 ADXL345 硬件設(shè)計(jì) ................................... 13 全彩燈珠的設(shè)計(jì) ............................................. 15 轉(zhuǎn)向按鍵與紅外線激光燈的設(shè)計(jì) ............................... 16 其它硬件設(shè)計(jì) ............................................... 18 4 軟件設(shè)計(jì) ......................................................... 21 STM32 固件庫(kù)開(kāi)發(fā)概述 ....................................... 21 程序代碼結(jié)構(gòu) ............................................... 21 結(jié)構(gòu)說(shuō)明 ............................................ 22 按鍵功能軟件設(shè)計(jì) ........................................... 23 ADXL345 的軟件設(shè)計(jì) ......................................... 26 模式切換的軟件設(shè)計(jì) ......................................... 27 IV5 總結(jié) ............................................................. 30 在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和解決辦法 ........................... 30 在軟件設(shè)計(jì)中總結(jié)的技巧 ..................................... 31 個(gè)人成長(zhǎng) ................................................... 31 參考文獻(xiàn) ........................................................... 33 致 謝 ............................................................. 34 1 前 言 騎自行車既是一種環(huán)保的出行方式，又是一種健康的運(yùn)動(dòng)方式。 對(duì)于個(gè)人來(lái) 說(shuō)，騎自行車不僅可以減肥，使身體勻稱，同時(shí)可以強(qiáng)化心臟功能，有避免高血壓等疾病的功能。騎自行車可以使騎行者血液循環(huán)加速，主動(dòng)吸入大量新鮮空氣，從而使騎行者腦筋更清楚。有研究顯示，騎自行車上班或者上學(xué)，可以提升人的幸福感。特別是在風(fēng)景優(yōu)美的地方騎行，會(huì)讓人覺(jué)得心曠神怡，充分感受到運(yùn)動(dòng)的快樂(lè)和自然的美好。 對(duì)于自然來(lái)說(shuō)，騎自行車出行可節(jié)約能源、降低噪音、減少污染，生態(tài)效應(yīng)明顯。建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的客觀要求。個(gè)人開(kāi)車上下班會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大危害，給城市交通也帶來(lái)巨大壓力。因此積極提 倡自行車出行，是利國(guó)利民的好事。 然而，中國(guó)的自行車騎行氛圍非常不樂(lè)觀。中國(guó)曾是自行車的王國(guó)，卻像一些發(fā)達(dá)國(guó)家一樣過(guò)度強(qiáng)調(diào)汽車經(jīng)濟(jì)，各個(gè)城市汽車保有量連年上升，冷落自行車成為常見(jiàn)社會(huì)現(xiàn)象，鄙視普通騎行者更是成為大眾心理。另外，由于汽車尾氣，工廠排污等造成的環(huán)境污染，導(dǎo)致許多城市適合戶外運(yùn)動(dòng)的天數(shù)越來(lái)越少。加之中國(guó)司機(jī)普遍素質(zhì)不高，在駕駛機(jī)動(dòng)車行車過(guò)程中常常占用自行車道。特別是從自行車道超車這種行為，給騎行者帶來(lái)很大的威脅。尤其是在夜間，機(jī)動(dòng)車占道超車的危害更大。與機(jī)動(dòng)車不同，自行車出現(xiàn)剎車、轉(zhuǎn)向等行駛狀態(tài)的 變化時(shí)，沒(méi)有顯著的指示。如果在轉(zhuǎn)向或者剎車時(shí)自行車道被機(jī)動(dòng)車占用的話，對(duì)于騎行者來(lái)說(shuō)將是非常危險(xiǎn)的事情。 本設(shè)計(jì)可以歸類為騎行裝備的一種，設(shè)計(jì)初衷是為了給騎行者提供一種較為顯著的可以警示轉(zhuǎn)向或者剎車的工具。與頭盔、護(hù)膝之類傳統(tǒng)的騎行裝備相比，可以在危險(xiǎn)發(fā)生前提供預(yù)警，減小危險(xiǎn)發(fā)生的幾率。按照實(shí)現(xiàn)方法來(lái)說(shuō)的話，本設(shè)計(jì)屬于基于 STM32 單片機(jī)的一個(gè)小型電子設(shè)備。與常見(jiàn)的長(zhǎng)亮型市售剎車燈相比，更加智能，功耗也更低。與無(wú)光源反射式的后座警示燈相比，本設(shè)計(jì)的警示 2方式更加顯眼，也更加時(shí)尚。綜上，本設(shè)計(jì)與其它騎行裝備相比 ，是具有一定的獨(dú)創(chuàng)性的智能化警示設(shè)備。 本設(shè)計(jì)雖然只是為了檢驗(yàn)學(xué)習(xí)情況，而做的一個(gè)小制作性質(zhì)的發(fā)明，但其設(shè)計(jì)思路卻以正規(guī)產(chǎn)品思路為指導(dǎo)，沒(méi)有追求一味地多添加功能，以增加其技術(shù)含量，而是真正考慮到如果要作為實(shí)際產(chǎn)品的話，需要考慮的功能、成本和功耗。因此，本設(shè)計(jì)最大程度追求降低功耗，裁去多余硬件，功能求專而不求多。 本文共分為 5部來(lái)寫(xiě)，首先介紹了 STM32系列芯片的和 ADXL345芯片的特點(diǎn)，然后是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，最后是總結(jié)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題及其解決辦法，個(gè)人收獲。 3 1 . CortexM3 與 STM32 簡(jiǎn)介 與 STM32 的關(guān)系 STM32 是采用 Cortexm3 的內(nèi)核的一種 CPU， CortexM3 是 ARM 架構(gòu)的一種。 CortexM3 采用 ARM V7 構(gòu)架，支持 Thumb2指令集，同時(shí)具有很多強(qiáng)大的特性。較之 ARM7 TDMI， CortexM3不僅擁有更強(qiáng)的性能、更高的代碼密度、而且可以位帶操作、中斷嵌套、低成本、低功耗。 國(guó)內(nèi) CortexM3 市場(chǎng)，意法半導(dǎo)體公司的 STM32 是毋庸置疑的領(lǐng)跑者，不論是在市場(chǎng)占有率，技術(shù)支持還是使用氛圍等方面，都遠(yuǎn)超其他對(duì)手。所以 本設(shè)計(jì)在 CortexM3芯片的時(shí)候，自然而然地就考慮了 STM32。 STM32 的優(yōu)越性 STM32 的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1. 超低的價(jià)格。幾乎與 8位單片機(jī)的價(jià)格持平是 STM32 最大的優(yōu)勢(shì)。就本設(shè)計(jì)所選的 STM32F103C8T6 而言，在北京中發(fā)電子市場(chǎng)買(mǎi) 10 片的話，每片僅需 元。而一塊 STC89C52RC 就需要 9元。兩者的性能差別卻非常之大。 2. 豐富的外設(shè)。 STM32 擁有包括： TIMER 定時(shí)器、 SPI通訊協(xié)議、 I2C 總線、USB 通訊協(xié)議、 CAN 總線、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、 模數(shù)轉(zhuǎn)換器、 RTC、 DMA 等眾多外設(shè)或者功能，具有很高的集成度。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)通過(guò) SPI與 ADXL345 三軸加速度芯片進(jìn)行通信。 3. 豐富的型號(hào)。 STM32 中的 M3系列內(nèi)核擁有多個(gè)系列上百種型號(hào)，十分豐富。其封裝庫(kù)也有較多的選擇，如 QFN、 LQFP、 BGA 等。本設(shè)計(jì)選取了 LQFP48L封裝，是一種方便手工焊接，且體積較小的封裝。 4. 優(yōu)異的實(shí)時(shí)性能。由于 STM32 芯片的多數(shù) IO 口都可以通過(guò)不同的映射設(shè)置，來(lái)作為中斷輸入，所以提供了較多的中斷數(shù)量，最多可達(dá) 84 個(gè)，且具有 16級(jí)可編程的優(yōu)先級(jí)，合理地規(guī)劃中斷數(shù)量和優(yōu) 先級(jí)可以有效保障實(shí)時(shí)性能。