【文章內容簡介】 才能選擇對某種共享資源是否使用信號量[5]。 嵌入式系統(tǒng)編程語言的選擇和其他語言相比，C語言已經(jīng)成為嵌入式程序員的語言了。因為對于一個給定的項目來說，選擇一種語言對成功的開發(fā)是如此的重要，所以，當一種語言被證明可以同時適于8 位和64 位處理器[6]，適用于字節(jié)、千字節(jié)甚至兆字節(jié)的系統(tǒng)時，這種語言一定會被程序員所廣泛采用的。C語言做到了這一定，相對于其他語言C是有很多優(yōu)勢的。它小而易學，在今天幾乎每一種處理器都有C 的編譯器，同時還擁有相當多的有經(jīng)驗的C 程序員。更重要的是，C語言是和處理器無關的，這就能夠讓程序員可以著眼于算法和應用而不用考慮特定處理器結構的細節(jié)語言與其他語言比如Pascal 和FORTRAN 區(qū)別開的地方就是，C語言是一個非?！暗图墶钡母呒壵Z言，C語言給與嵌入式程序員很大程度的直接控制硬件的能力，卻不會失去高級語言帶來的好處。“低級”的內在本質是這個語言創(chuàng)建者的明顯目的。很少有其他高級語言可以像C一樣，為幾乎所有的處理器生成經(jīng)湊的、高效的代碼，同時只有C與與程序員方便地和底層硬件打交道[7]。當然，C語言并不是嵌入式程序言使用的唯一的語言。至少還有其他三種值得詳細說明一下，即匯編語言、C++語言和Ada 語言。在早期的時候，嵌入式軟件只能用目標處理器的匯編語言來書寫。這樣早市程序員可以完全控制處理器和其它硬件，當然也是有代價的。除了更高的軟件開發(fā)費用和缺乏移植性，匯編語言還有很多缺點。匯編語言現(xiàn)在只用作高級語言的附件，通產(chǎn)只用在那些必須要求極高效率或非常緊湊，或者是其他方法無法編寫的小段代碼里。C++使C語言的面向對象的超集，正在嵌入式程序員中變得越來越流行。他的核心語言特性和C語言完全一樣，但是C++提供了更好的數(shù)據(jù)抽象和面向對象形式的編程功能。這些新的特性對軟件開發(fā)人員非常有幫助，但是部分特性會降低可執(zhí)行程序的性能，所以C++在大的開發(fā)隊伍利用的最為普遍，在那里對程序員的幫助要比程序效率的損失更為重要。Ada 也是一種面向對象的語言。不過和C++完全不同。Ada 開始是美國國防部為了開發(fā)面向任務的軍用軟件而設計的。盡管它曾兩次被接納為國際標準（Ada83 和Ada95），但是Ada 從來沒有在防務和航空領域之外獲得足夠的應用。即使是這些領地這幾年也在逐漸喪失，這是一件很不幸的事情，因為與C++比起來，Ada 有很多特性可以簡化嵌入式軟件的開發(fā)工作[8]。3 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)體系結構是系統(tǒng)整體結構的一個計劃，用于描述如何實現(xiàn)在需求分析和規(guī)格說明中提出的功能的，而后用于設計搭建整個體系結構的構件。本系統(tǒng)的核心硬件是以ARM的 CortexM3 32位的RISC內核為核心的STM32F103CBT6芯片 ，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，設計中圍繞這個核心處理器提供了多種接口，內置高速存儲器(高達512K字節(jié)的閃存和64K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設、3個12位的ADC、4個通用16位定時器和2個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：多達2個I2C接口、3個SPI接口、2個I2S接口、1個SDIO接口、5個USART接口、一個USB接口和一個CAN接口。： 該系統(tǒng)硬件由電源模塊、LED顯示模塊、溫度采集模塊、超限報警模塊、按鍵控制模塊、輸入控制模塊和主處理芯片組成對于任何系統(tǒng)都需要進行供電，考慮到本系統(tǒng)采用的是貼片式的低電壓處理器。，如圖外接一個變壓器將220v電壓轉換為5v后輸入P1。圖中IC1器件為LM1117，LM1117是一個低壓差電壓調節(jié)器系列。LM1117有可調電壓的版本，～，它提供電流限制和熱保護，電路包含1個齊納調節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在177。1%以內。通過電源模塊為電路板提供電源。本設計顯示模塊是采用段7段四位LED數(shù)碼管顯示。 LED顯示電路圖中7段四位LED共陽極數(shù)碼管所示11引腳為數(shù)據(jù)傳輸口，12引腳為控制口。溫度報警模塊實現(xiàn)溫度超過設定值報警功能，報警采用蜂鳴器。 本設計采用三個按鍵來控制溫度限制的設定，即setkey、downkey、upkey。本設計軟件燒寫口采用20路的JTAG接口。 DS18B20概述本設計溫度采集采用DS18B20可編程分辨率的單總線數(shù)字溫度計，DS18B20 數(shù)字溫度計提供912 位攝氏溫度測量而且有一個由高低電平觸發(fā)的可編程的不因電源消失而改變的報警功能。DS18B20通過一個單線接口發(fā)送或接受信息，因此在中央處理器和DS18B20 之間僅需一條連接線（加上地線）。它的測溫范圍為55～＋125℃，并且在10～＋85℃精度為177。5℃。除此之外，DS18B20能直接從單線通訊線上汲取能量，除去了對外部電源的需求。每個 DS18B20 都有一個獨特的64 位序列號，從而允許多只DS18B20 同時連在一根單線總線上；因此，很簡單就可以用一個微控制器去控制很多覆蓋在一大片區(qū)域的DS18B20。這一特性在HVAC 環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機器的溫度以及過程監(jiān)測和控制等方面非常有用。DS18B20的特征有以下幾個方面：● 獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊；●每個器件有唯一的 64 位的序列號存儲在內部存儲器中；●簡單的多點分布式測溫應用；●無需外部器件；●可通過數(shù)據(jù)線供電。；●測溫范圍為55～＋125℃（－67～＋257℉）；●在－10～＋85℃范圍內精確度為177。5℃；●溫度計分辨率可以被使用者選擇為9～12位；●最多在 750ms 內將溫度轉換為12 位數(shù)字；●用戶可定義的非易失性溫度報警設置；●報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；●與DS1822兼容的軟件；●應用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計或任何熱感測系統(tǒng)[10]。 DS18B20引腳排列表1 詳細引腳說明8 引腳SOIC 封裝 TO9 封裝 符號 說明5 1 GND 接地 4 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。對于單線操作：漏極開路當工作在寄生電源模式時用來提供電源（建“寄生電源”節(jié)）。3 3 VDD 可選的VDD 引腳。工作與寄生電源模式時VDD必須接地。 DS18B20的核心功能是它的直接讀數(shù)字的溫度傳感器。溫度傳感器的精度為用戶可編程的9，10，11或12位，℃，℃，℃℃增量遞增。在上電狀態(tài)下默認的精度為12位。DS18B20啟動后保持低功耗等待狀態(tài)；當需要執(zhí)行溫度測量和AD轉換時，總線控制器必須發(fā)出[44h]命令。在那之后，產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)以兩個字節(jié)的形式被存儲到高速暫存器的溫度寄存器中，DS18B20繼續(xù)保持等待狀態(tài)。當DS18B20由外部電源供電時，總線控制器在溫度轉換指令之后發(fā)起“讀時序”，DS18B20正在溫度轉換中返回0,轉換結束返回1。如果DS18B20由寄生電源供電，除非在進入溫度轉換時總線被一個強上拉拉高，否則將不會由返回值。 表2 溫度/數(shù)據(jù)關系溫度℃ 數(shù)據(jù)輸出（二進制） 數(shù)據(jù)輸出（十六進制）+125 0000 0111 1101 0000 07D0h+85 0000 0101 0101 0000 0550h+ 0000 0001 1001 0001 0191h+ 0000 0000 1010 0010 0A2h+ 0000 0000 0000 1000 0008h0 0000 0000 0000 0000 0000h 1111 1111 1111 1000 FFF8h 1111 1111 0101 1110 FF5Eh 1111 1110 0110 1111 FE6Eh55 1111 1100 1001 0000F C90h 。本設計采用的是ARM的 CortexM3 32位的RISC內核為核心STM32F103CBT6芯片。該芯片工作頻率為72MHz，內置高速存儲器(高達128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設。包含2個12位的ADC、3個通用16位定時器和1個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：多達2個I2C接口和SPI接口、3個USART接口、一個USB接口和一個CAN接口。這些豐富的外設配置，使得STM32F103xx產(chǎn)品容量增強型系列微控制器適合于多種應用場合：● 電機驅動和應用控制● 醫(yī)療和手持設備● PC游戲外設和GPS平臺● 工業(yè)應用：可編程控制器(PLC)、變頻器、打印機和掃描儀● 警報系統(tǒng)、視頻對講、和暖氣通風空調系統(tǒng)等ARM的CortexM3處理器是最新一代的嵌入式ARM處理器，它為實現(xiàn)MCU的需要提供了低成本的平臺、縮減的引腳數(shù)目、降低的系統(tǒng)功耗，同時提供卓越的計算性能和先進的中斷系統(tǒng)響應。 ARM的CortexM3是32位的RISC處理器，提供額外的代碼效率，在通常8和16位系統(tǒng)的存儲空間上發(fā)揮了ARM內核的高性能。 STM32F103CBT6增強型系列擁有內置的ARM核心，因此它與所有的ARM工具和軟件兼容。芯片有64K內置閃存存儲器，用于存放程序和數(shù)據(jù)；20K字節(jié)的內置SRAM，CPU能以0等待周期訪問(讀/寫)。STM32F103CBT6增強型系列內置嵌套的向量式中斷控制器，能夠處理多達43個可屏蔽中斷通道(不包括16個CortexM3的中斷線)和16個優(yōu)先級[10]?！?緊耦合的NVIC能夠達到低延遲的中斷響應處理 ● 中斷向量入口地址直接進入內核 ● 緊耦合的NVIC接口 ● 允許中斷的早期處理 ● 處理晚到的較高優(yōu)先級中斷 ● 支持中斷尾部鏈接功能 ● 自動保存處理器狀態(tài) ● 中斷返回時自動恢復，無需額外指令開銷 該模塊以最小的中斷延遲提供靈活的中斷管理功能。外部中斷/事件控制器包含19個邊沿檢測器，用于產(chǎn)生中斷/事件請求。每個中斷線都可以獨立地配置它的觸發(fā)事件(上升沿或下降沿或雙邊沿)，并能夠單獨地被屏蔽；有一個掛起寄存器維持所有中斷請求的狀態(tài)。EXTI可以檢測到脈沖寬度小于內部APB2的時鐘周期。多達80個通用I/O口連接到16個外部中斷線。系統(tǒng)時鐘的選擇是在啟動時進行，復位時內部8MHz的RC振蕩器被選為默認的CPU時鐘，隨后可以選擇外部的、具失效監(jiān)控的4~16MHz時鐘；當檢測到外部時鐘失效時，它將被隔離，系統(tǒng)將自動地切換到內部的RC振蕩器，如果使能了中斷，軟件可以接收到相應的中斷。同樣，在需要時可以采取對PLL時鐘完全的中斷管理(如當一個間接使用的外部振蕩器失效時)。 多個預分頻器用于配置AHB的頻率、高速APB(APB2)和低速APB(APB1)區(qū)域。AHB和高速APB的最高頻率是72MHz，低速APB的最高頻率為36MHz。通用輸入輸出接口(GPIO)，每個GPIO引腳都可以由軟件配置成輸出(推挽或開漏)、輸入(帶或不帶上拉或下拉)或復用的外設功能端口。多數(shù)GPIO引腳都與數(shù)字或模擬的復用外設共用。除了具有模擬輸入功能的端口，所有的GPIO引腳都有大電流通過能力。 在需要的情況下，I/O引腳的外設功