【AN5181】使用STM8 Nucleo-64开发板制作一个温度计

天南地北客

NUCLEO-8S208RB（基于STM8S208RBT6）和NUCLEO-8L152R8（基于STM8L152R8T6）开发板可用于评估所有STM8S系列和STM8L系列微控制器的主要特性。

本应用笔记演示了如何基于STM8 Nucleo-64开发板和LM235精密温度传感器制作一个简单的温度计。 STM8S208RBT6或STM8L152R8T6微控制器（取决于相应的开发板）读取温度值并通过UART接口传输。然后，PC通过RS232或FTDI电缆连接到UART接口，温度值显示在PC的终端窗口（可以是Windows超级终端）上。

一旦STM8 Nucleo-64通过连接到主机PC的USB电缆上电，终端窗口上会显示一条信息性消息，并提示用户输入最低和最高温度阈值。

当前温度每分钟显示在终端窗口上，并在温度超出范围时显示警告信息。

一小时内温度的最小值和最大值每小时记录在MCU的数据EEPROM中一次。可随时通过按下按钮显示它们。

1    前提条件

运行STM8 Nucleo-64开发板温度计演示应用程序所需的组件如下：

•     在PC上运行的终端窗口：终端仿真器软件可以是Windows HyperTerminal、TeraTerm Pro或其他终端软件。

•     RS232零调制解调器电缆（发送线和接收线交叉）或USB TTL串行电缆。

•     USB A转至mini-B电缆。

2     应用说明

2.1     硬件要求

该应用使用STM8 Nucleo-64开发板的板载LED（LD2）及其相连的电阻（R1）。

应用程序所需的外部无源组件列于下表中。

表2.  无源组件列表

元件位号	值	名称
R2	2.2kΩ	上拉电阻
R3、R4（可选）	100Ω	限流电阻
C6、C7	100 nF	去抖滤波器
Button 1	-	标准按钮
Button 2	-	标准按钮
C2、C3	100 nF	电荷泵电容器
C1、C4	100 nF	输出电容
C5	100 nF	去耦电容

此外，该应用程序还使用了5 V供电的RS232驱动器/接收器ST232C。这个额外的元件必不可少，因为PC的COM端口使用标准的12 V电源供电。这个与STM8器件的UART输入/输出不兼容，其工作在5V。

该器件采用SO16封装，符合STM8 Nucleo-64板的尺寸。参考有关ST232C的更多信息，请参见相应的数据手册。

表3.  元件列表

元件型号	描述	封装
ST232C（订货代码ST232CN）	超高速超低功耗5V RS232驱动器/接收器， 用于UART 5/12 V电平转换器	SO16
LM235	精密温度传感器IC，工作温度范围为-40至-125 °C，初始精度为1°C。	SO8

2.2     应用原理图

下图显示了如何使用STM8 Nucleo-64开发板连接LM235温度传感器、驱动器/接收器ST232C和按钮。Button1和Button2（板载用户按钮）需要RC去抖滤波器以避免误触发多个中断。 Button1和Button2（板载用户按钮）的去抖过滤器由C7和C6电容加上I / O引脚内部的上拉电阻（约45KΩ）组成。

由于使用了I / O的内部上拉电阻，因此无需外部上拉电阻。

C2和C3是两个电荷泵外部电容，在ST232C中分别用作电压倍增器和电压逆变器。

流入LM235的V +引脚的电流必须由电阻调节。传感器由电源（VDD）5 V供电。传感器两端的击穿电压与绝对温度成正比，灵敏度为10mV /°K。由于环境温度约为300°K，击穿电压约为3 V，其中2 V电压施加在2.2kΩ电阻，以调节约1 mA的电流（用于确定数据手册中的典型值）。

有关实现的详细信息，请参阅STM8 Nucleo-64开发数据简介（DB3591）中提供的电路板原理图。

图1.   STM8L系列应用原理图

图2.   STM8S系列应用原理图

2.3   应用规则

在应用程序启动时，一些介绍消息显示在终端窗口上，并提示用户输入最低和最高温度阈值。

LM235可连续测量环境温度。模拟值由ADC2（STM8S系列）或ADC1（STM8L系列）在每个定时器中断每50 ms进行转换。为了改善温度测量可靠性，温度数据是通过对经过1秒钟后测量的前16个样本求平均得到的。

然后将得到的数据与当前的最小和最大温度阈值进行比较，如果需要可以修改。如果温度低于用户定义的最低阈值或超过最高阈值，则LD2点亮。

每分钟一次，最后计算的平均温度显示在终端窗口，同时当超过临界时，显示温度警告信息。

一小时内的最低和最高温度每小时记录在数据EEPROM中一次并显示在终端窗口上。

按下Button1会提示用户输入新的温度阈值。

按下Button2（板载用户按钮）会触发在终端窗口上显示所有记录的存储在数据EEPROM中的最低和最高温度。 LD2指示灯熄灭。

下图显示了应用程序状态图。

图3.  应用程序状态机

下表描述了应用程序在每次转换时执行的操作。

表4.  应用程序典型行为应用

应用状态	LED状态	进入条件	动作
状态0：空闲	-	默认状态	每50ms转换LM235提供的模拟温度
状态1：配置	-	启动时或 按下Button1	终端窗口上显示的信息性消息。 第一次提示用户输入最小和最大温度阈值 或更新这些值。
状态2：读取	LD2熄灭	按下Button2	从数据EEPROM读取最小和最大温度值 并显示在终端窗口上。
状态3：正常	如果温度超过设定范围，LD2点亮。	每秒、每分、每小时	每1秒：从16个样本计算平均温度。如果需要，更新当前的最小和最大温度值。 每1分钟：在终端窗口上显示当前温度值和临界温度、警告消息（如果需要）。 每1小时：前一小时的最低和最高温度记录在数据EEPROM中。

通过State_Machine()函数管理根据计时器和外部事件控制执行进度的算法（参见第3.3.3节状态机流程图）。

2.4  启动应用程序

要显示终端窗口，您可以运行基于Windows的预配置的超级终端HyperTerminal（COM1端口）。

在应用程序启动时，将提示用户输入最小和最大温度阈值。该温度阈值必须在-40到+125°C之间，并表示如下：

•  正温度值：“+ XXX”。 例如，输入“+025”表示25°C。

•  负温度值：“ - XXX”。 例如，输入“-005”表示-5°C。

图4.   启动时的STM8S终端窗口

图5.   启动时的STM8L终端窗口

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3    软件说明

3.1     应用程序使用的STM8外设

温度计应用软件没有使用STM8S系列或STM8L系列标准固件库。而是包含一些优化的代码，通过使用直接访问寄存器来控制STM8S系列和STM8L系列通用外设，如下所述：

•  CLK：时钟控制器启用，并向CPU和外设提供准确的时钟频率。它将HSI时钟配置为16 MHz主时钟源，并且将CPU时钟预分频器系数配置为1。

•  GPIO：STM8S系列和STM8L系列GPIO用于点亮和熄灭LD2指示灯，以及使用以下配置连接按钮：

   - STM8S系列：PA3和PE4

   - STM8L系列：PG6和PG4

•  EXTI：外部中断灵敏度配置为每次下降沿触发中断，对于STM8S系列，在PA3或PA4上检测到下降沿，对于STM8L系列，在PG6或PG4上检测到下降沿。

•  闪存：一小时内的最小和最大温度值保存在数据EEPROM中，以进一步显示在终端窗口上。

•  U(S)ART：STM8系列使用UART3，STM8L系列使用USART3与PC终端软件进行通信。它的配置如下：

   - 波特率= 9600

   - 字长= 8位

   - 1位停止位

   - 无校验

   - 启用接收和发送

  注意：对于STM8L系列，必须禁用USART3 CLK。

    通过轮询UART3（STM8S系列）或USART3（STM8L系列）外设上的每次接收和发送操作来管理通信。

• ADC：STM8S系列ADC2的通道2或STM8L系列ADC1的通道3用于将LM235发出的模拟数据转换为数字值，微控制器可以据此计算当前温度值。

• Timer3（TIM3）：该外设用于生成50 ms的时基，并每50 ms触发一次温度采集。

3.2  排除STM8S系列和STM8L系列标准固件库

由于此应用程序使用优化代码，因此必须修改对应的thestm8s.h和stm8l.h文件，而不包括STM8S系列标准固件库和STM8L系列标准固件库。使用以下define声明：

1. #define USE_STDPERIPH_DRIVER

复制代码

3.3    应用软件流程图

本节概述了应用软件主循环、中断函数流程图和状态机流程图以及对终端通信函数的一些参考。

3.3.1  主循环流程图

主循环代码初始化所需的功能、解锁数据EEPROM编程并调用函数需要实现一般的应用程序算法。

为了最小化软件实时时钟的时间漂移​​（参见定时器触发采集），HSI时钟用作主时钟源。

在初始化阶段完成并且在终端窗口上显示信息性消息之后，用户系统会提示您输入最低和最高温度阈值。因此，第一次调用State_Machine()函数，它直接进入配置模式（state = 1，参见3.3.3节状态机流程图）。

下图显示了应用程序软件主循环的流程图。

图6.  主循环流程图

3.3.2    中断函数流程图

STM8L系列的按钮采集

每次按下Button1或Button2（板载用户按钮），就会触发一个中断并且调用PORTG_IRQhandler()函数。 PORTG_IRQhandler()函数通过测试端口G输入寄存器确定哪个按钮被按下，然后置位ButtonPressed1或ButtonPressed2标志位（参见第3.3.3节状态机流程图）。 这些标志位触发应用程序状态机中的状态更改。

下图显示了PORTG_IRQhandler()函数的流程图。

图7.   STM8L系列：PORTG_IRQhandler()函数流程图

STM8S系列的按钮采集

每次按下Button1，就会触发一个中断并调用PORTA_IRQhandler()函数。 每次按下Button2（板载用户按钮），就会触发一次中断，并调用PORTE_IRQhandler()函数。函数相应地断置位ButtonPressed1或ButtonPressed2标志位。 这些标志位触发更改应用程序状态机中的状态。

下图显示了STM8S系列的PORTA_IRQhandler()和PORTE_IRQhandler()函数的流程图

图8.  STM8S系列：PORTA_IRQhandler()和PORTE_IRQhandler()函数流程图

定时器触发采集

TIMER3配置为每50 ms产生一次中断以触发温度采集。每次转换ADC2通道2（STM8S系列）或ADC1通道3（STM8L系列）后，数字值存储在缓冲器数组中以进行进一步计算，然后ADC断电。在缓冲区数组中最多保存16个样本。当计算一秒钟内的平均温度，可以通过除以2的幂实现简单的右移。

TIM3_IRQHandler()调用模拟实时时钟的TRtc_CntUpdate()函数。它置位表示秒、分钟和小时。此RTC函数基于TIM3外设50 ms时基。状态机每秒自动切换到状态3（正常模式）（参见章节3.3.3状态机流程图）。

下图显示了TIM3_IRQhandler()函数的流程图。

图9. TIM3_Init()函数流程图

3.3.3状态机流程图

State_Machine函数实现根据计时器和外部事件控制应用程序执行进度的算法。状态变量的不同值表示应用程序模式：

•    state = 0：空闲模式

     这是状态机的默认状态。 每50毫秒执行一次LM235提供的模拟温度转换。按下Button1或Button2（板载用户按钮）退出此状态。

•    状态1 =配置模式

在状态机配置模式下，终端消息提示用户输入最小和最大温度阈值。这些值从终端窗口读取并以十进制格式记录。在启动时或按下Button1时进入此状态。

•    状态2 =读取模式

在状态机读取模式下，应用程序将从数据EEPROM读取最小和最大温度，并在终端窗口上同一些介绍文件显示它们。同时熄灭LD2指示灯。只能通过按下Button2进入此状态。

•    状态3 =正常模式

每秒进入状态机正常模式。它由TRtc_CntUpdate()函数触发，该函数监视已过去的应用程序时间。每次进入此状态时，平均温度为从保存在缓冲区数组中的16个样本计算得出。如果此温度值超过高阈值或低于最小阈值，点亮LD2。

当前温度每分钟一次显示在终端窗口上，并当该温度是关键消息时还会附加特定信息。每一小时在数据EEPROM中记录一组最大和最小测量温度。 EEPROM中最多可存储10组。这意味着可以保存十个小时的测量记录。写入第11小时数据会重置EEPROM地址指针并覆盖以前的数据。前十个小时的数据通过这样依次覆盖。

进入状态1和2时，TIM3计数器在退出正常模式，并且禁用。退出这些时状态时，重新分配定时器寄存器，并且恢复默认执行模式时再次启用计数器。

请参见下面State_Machine()函数的流程图。

图10. State_Machine函数流程图

3.3.4  终端通信函数

有关终端通信函数的详细说明，请参阅A部分配置终端窗口。

4.    修订记录

表5.  文档修订历史记录

日期	版本号	更改内容
2018年6月29日	1	首次发布。