一天入门STM32
一天入门STM32 pdfC秉火《零死角玩转STM32》一F1系列时钟源To T钟电路FR和RAMROM定时/计数5系统总线又CPU并行Io口串行Io口中断系统P0p1P2 P3 TXD RXD I。I:图151系统结构框图我们说的51一般是指51系列的单片机,型号有很多,常见的有STC89C51、AT89S51,其中国内用的最多的是STC89C51/2,下面我们就以STC89C51来讲解,并以51简称。内核51由一个IP核和片上外设组成,IP核就是上图中的CPU,片上外设就是上图中的:时钟电路、SFR和RAM、ROM、定时/计数器、并行IO口、串行IO口、中断系统。IP核跟外设之间由系统总线连接,且是8bit的,速度有限51内核是上个世纪70年代 intel公司设计的,速度只有12M,外设是IC丿商(STC)在内核的基础上添加的,不同的IC厂商会在内核上添加不同的外设,从而设计出各具特色的单片机。这里 intel属于PP核厂商,STC属于IC厂商。我们后面要讲的STM32世样,ARM属于P核厂商,ARM给ST授权,ST公司在 Cortex-M3内核的基础上设计出STM32单片机。外设我们在学习51的时候,关于内核部分接触的比较少,使用的最多的是片上外设,我们在编程的时候操作的也就是这些外设。第3页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列编程的时候操作的寄存器位于SFR和RAM这个部分,其中SFR(特殊功能寄存器)占有128字节(实际上只用了26个字节,只有26个寄存器,其他都属于保留区),RAM占有128字节,我们在程序中定义的变量就是放在RAM中。其中SFR和RAM在地址上是重合的,都是在80-FF这个地址区间,但在物理区间上是分开的,所以51的RAM是有256个字节编写好的程序是烧写到ROM区。剩下的外设都是我们非常熟悉的IO口,串∏、定时器、中断这几个外设STM32系统结构STM32系统结构框图接PashDCodeCortexM3SystemSFAMDMATDMAFSMCSDIO通道1套通道2AHB系线线桥接2桥接1APB 1APB2复位和时钟通道7控制DC2PIOD PWR SP1129DMA请求ADCsGFIOE BKPUSART1 GPioF bxCAN WDGSPlGPOG USETIM1RICExTIt2C2TIM2DMA212C1TIEUARTS TIM5GPc日UART& TIM4AHTa通道1USaRT TIM2通通通5AA请求图2STM32系统结构框图内核在系统结构上,STM32和51都属于单片机,都是由内核和片上外设组成。只是STM32使用的 Cortex-M3内核比51复杂得多,优秀得多,支持的外设也比51多得多,同时总线宽度也上升到32bit,无论速度、功耗、外设都强与51。第4页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列从结构框图上看,对比5内核只有一种总线,取指和取数共用。 Cortex-M3内部有若干个总线接∏,以使CM3能同时取址和访内(访问内存),它们是:指令存储区总线(两条)、系统总线、私有外设总线。有两条代码存储区总线负责对代码存储区(即 FLASH外设)的访问,分别是 I-Code总线和 D-Code总线。I-Code用于取指, D-Code用于查表等操作,它们按最佳执行速度进行优化。系统总线( System)用J访问内存和外设,覆盖的区域包括SRAM,片上外设,片外RAM,片夕扩展设备,以及系统级存储区的部分空间。私有外设总线负责一部分私有外设的访问,主要就是访问调试组件。它们也在系统级存储区。还有一个MDA总线,从字面上看,DMA是 data memory access的意思,是一种连接内核和外设的桥梁,它可以访问外设、内存,传输不受CPU的控制,并且是双向通信。简而言之,这个家伙就是一个速度很快的且不受老大控制的数据般运工,这个在51里面是没有的外设从结构框图上看,STM32比51的外设多得多,51有的串口、定时器、O口等外设STM32都有。STM32还多了很多特色外设:如FSMC、SDIO、SPI、2C等,这些外设按照速度的不同,分别挂载到AHB、APB2、APB1这三条总线上。小结从内核和外设这两大方面米比较,SIM32之于51就是一个升级版的单片机。它适应市场,引流淛流,在中低端的微控制器中流光溢彩。12学习方法的区别学习51用寄存器,学习STM32用库。以前我们在学习51的时候,用的是寄存器编程的方法,想要实现什么效果,直接往寄存器里面赋值,优点是直观,简单粗暴,知道自己具体干了啥,心里踏实直接操作寄存器之所以在51上可行,究其原因,我想有两点:1、51主频不高,资源有限,必须注重程序执行的效率,只能直接操作寄存器。关键的地方还得用汇编,不适合用同件库。第5页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列要知道当初我们学习51单片机的时候用的还是汇编,连现在的C编程都不是,就更别说什么斥函数编程2、51功能简单,寄存器不多。以国内普及最广的STC89C52为例,寄存器仝部加起来不到30个。按照功能区分来记的话,可以把每个寄存器背的滚瓜烂熟,并且寄存器每一位的功能都可以记得住,在编程的时候做到了然于胸。现在从51过度到STM32的学习,很多人还是喜欢沿用51的学习方法。接受不了库,在学习库的时候陷入迷糊之中,来回几个月下来,都不知道到底有没学会STM32,因为在这一路的学习中都是在调用库函数,压根就没有操作过寄存器,心里面很不踏实。其实大家在调用库函数的时候心中难道就没有疑问,库的底层是怎么实现的?难道就没有勇气对庥的底层探究竟。可最后当我们丌始跟踪斥函数底层的时候,看到·堆的宏定义、结构体、指针、各种的文件包含,而且注释全部都是荚文的,是不是乂心生忌惮。鉴于此,我想用两个原因来总结下很多初学者畏惧库不愿意用库的原因。1、C语言知识点的欠缺库在实现寄存器映像时使用的宏定义,强制类型转换,在定义寄存器时使用的结构体,在外设初始化函数时使用的指针,在组织头文件时使用的条件编译等C语言知识,在大学课程中很少涉及,大多数老师也基本是不讲。在一些简单的51单片机编程中又很少会用到这些知识。学单片机,做嵌入式开发其实80%的工作都跟C语言编程相关,剩下的20%的匚作就是阅读各种数据手册,熟悉各和硬件外设。所以掌握这些基本的C语言知识,是嵌入式学习中一道迈不过去的坎,STM32的库则给」我们一次提升C的机会凡是可以从书本中找到的,相信我们基本都可以学会,很多初学者并不是不够聪明或者勤奋,只是缺少方向性的指导罢了。对于这欠缺的知识点我们稍微花点时间就可以掌握,剩下的就是不断地实践词试。这里我为大家推荐·本C语言的书籍《C和指针》。2、程序架构设计思想的欠缺这个比较难搞,很多C语言学习得挺好好的人,也比较难掌握。还好我们遇到了SIM32的库,这给了我们一个学习和提升C语言绝佳的机会。库的整个架构是如何搭建起来的,代码上是如何如何一步一步写出来的:从寄存器映像开始,到寄存器的封装,然后到函数的编写,到每个外设函数对应的驱动文件,这里面涉及到了大量的条件编译,文件包含的思想,对应刚写过几行51单片机的初学者来说简直就是噩梦。但是,如果你把这系列的关系弄明自了,那么对库的整个架构也了解的差不多了,以后你就不用嚷嚷着说要操作奇存器了。如果你一开始不喜欢用库,对库开发很忌惮,那么请自问:是不是我的C语学得不够好。库是一种全新的学习方法,是一种河流,我更把它看做是与C语言的又一次历练和提升。是否用库,只差你一个闪亮的回眸第6页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列1.3用寄存器点亮LED为了顺利过渡到库开发,在STM32编程的开始,我们对照51点亮一个LED的方法,给大家演示一下STM32如何用操作寄存器的方法点亮一个IFD,然后再慢慢讲解到底什么是库,让大家知道库跟寄存器的关系1.3.1用51点亮一个LED在用STM32点亮一个LED之前,我们先来复习下用5如何点亮一个LED。硬件上我们假设51单片札的P0口的第0位接了一个LED,负逻辑亮。如果我们要点亮这个LED,代码上我们会这么写1P0=0XFF;//总线操作点亮FD这时侯我们就把LED点亮了,如果要关掉LED,则是:1P0=0xFF;//总线操作关闭二ED这里面我们用的是总线操作的方法,即是对P0口的8个1O同时操作,但起作用的只是P0^0除了这种总线操作的方法,我们还学习过位操作,利用51编译器的关键字sbit,我们可以定义个位变量1sbit工E0^0那么LED=0;就点亮了LED,LED=1;就关闭了LED。为了让程序看起来见名知义,我们定义两个宏:1 #define on 02 define OfF 1点亮和关闭LED的代码就变成了:1 LED//位操作点亮IED2 LED= OFF//位操作关闭LD稍微整理下代码,整体的效果就是:1//假设51单片机的P0~0口接TFD,负逻辑点亮3 #define ON 04 definc Ofe 16 sbit lEd poo8 void main(void)第7页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列9{10PO OXFE;/总线操作点亮0=0XE彐//总线操作关闭LED13工ED=ON;//位操作点亮LED14LED=OF彐;/位操作关闭LED15」上血总线和位操作的的方法,学过51的朋友是非常熟悉的,也很容易理解。那么我们再说一下大家容易忽略的几个知识点。什么是寄存器在点亮LED的时候,我们都是用操作寄存器的方法来实现的,那大家是否想过,这个寄存器到底是什么?为什么我们可以直接操作P0口?解答上面的问题之前,我们先简单介绍下51单片机的主要组成部分,这对我们学习其他单片机也有好处。我们以国内的STC89C51为例,该单片机主要由51内核、外设IP、和总线这三人部分组成。内核是由 Intel公司生产的,外设P就是STC公司在内核的基础上添加的诸如定时器、串口、IO凵等这些东西,总线就是用米连接內核和外设的接凵单元。 Intel在这里属于IP核设计公司,STC属」I设计公司。世界上能设计IP核的公司屈指可数。我们非常熟悉的ARM公司就属于IP核设计公司,ARM给其他公司授权,其他IC公司就在ARM内核上设计出各具特色的MCU,我们后面要学习的STM32就是属于一中基于ARM内核的MCU。寄存器则是内置于各个IP外设中,是一种用于配置外设功能的存储器,就是一种内存,并且有想对应的地址。学过C语言我们就知道,要操作这些内存就可以使用C语言中的指针,通过寻址的方式来操作这些具有特殊功能的内存一寄存器。比如P0口对应的地址是0X80,那么我们要修改0X80这个地址对应的内存的内容的话,按照常理可以这样操作1*(+0X80)=0XEE;点亮LED可当我们编译的吋候,编译器会报错,在51里面只能通过SFR和SBIT这两个关键字来实现寄存器映像,不能直接操作寄存器对应的地址,这是51相较于STM32不同的地万51单片机的这些寄存器位于地址80H~HFH中,对应着128个地址,但不是每个地址都是有效的,51系列的单片机有21个,52系列的则有26个,其他的都是保留区第8页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列表2AT89c52SFR映象及复位状态OFBDEFHDFOHo00000DFTHOE8H0D000000DETH00000003DOTHOC8H0000000)XXXXXXODDCFHx00000037HEDAFH0粪0H11111111DATHSCON98H00000002SBUF9FHP1111111197HTCON88H0000000)TMODTLOTL100000000000000000000000000000000000BFHSPDPHPCON80H1DPLco111OXXX0000图351寄存器映射2.寄存器映射实际上我们在编程的吋侯并不是通过指针来操作奇存器的,而是直接给PO、Pl这些端口寄存器赋值。那么这些外设资源是如何与地址建立一一对应的关系(寄存器映射定义),这得益与51特有的两个关键字:SFR和sbit,其但单片机没有,只能用其他的方式来实现寄存器映射。这两个关健字帮我们实现了所有寄存器的定义,所以我们才可以像操作普通变量一个米操作寄存器。其实我们一开始提到的点亮LED的代码,全貌应该是这样的:1 sfr pocx80;//寄存器定义2P0=0ⅩFE;/总线操作点亮LED为了方便起见,我们可以扣奇存器映射全部写好封装在个头文件里面,不用每用个寄存器就定义一次。其实这方面的工作不用我们做,我们在编程的时候都会在开始的地方添加一个头文件1 include 第9页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列这个头文件已经实现了全部寄存器的定义,该文件是kei自带,在安装目录:KeiC5IINC可以找到。这个文件实现了字节寄存器和位寄存器的定义2 REG514 Header file for generic 80C51 and 80C31 microcontroller5 Copyright (c)-988-2002 Keil ELektronik GIbH and Kei- Software, Inc6 All rights reserved.9 +ifdef REG5- H10#define RFG5. H1112/* BYTF, Reci ster *13sfr0=x80;1456PEE2×90sfrCaO;13BO17 sfr PSWRDO18 sfr AccCeO:901strBsExFO;12222x8-;3 sIr PCoN24 sr icon Cx8825 sfr TMOD Cx89:sfr TloxiA2222367890sfr TCx8Bfr TCx8Cifr Ti18D831 sfr t2×B832 sfr sLHHEPCB9833 sfr sbuf993436/* BIT Register37/+PSW*/38 sbit CYOxD39 sbit ACOxD640 sbit Fo41 sbit rs0xD4;43 sbit ov44 sbit P=0×D0;4546/*TCON*/47 sbit TF0x8F;48 sbit TR0x8E;49 sbit TFo0x8D:50 sbit mro0x8C51 sbit IE-= 0x8B;53 sbit Ieo0x894 shit tto08856/+IE57 sbit eA0×AF58 sbit fs0×AC59 sbit er0×AB;60 sbit EX0×AA61 sbit ero0x90×A8第10页共53页
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MIKE21教程
不错的MIKE21中文教程，主要介绍MIKE21水动力模块方面的内容Www.Zlvo.Com42.7风场( Wind forcing)···;;;·36注意:42.8冰盖( ce coverage)4.2.9引潮势( Tidal potential)42.10降水-蒸发( Precipitation- Evaporation)….4142.1波浪辐射应力( Wave radiation)424212源( Sources4342.13水工结构物( Structures)454.2.14初始条件( nitial conditions)42.15边界条件( Boundary conditions)6142.16温度/盐度模块(Tcmpcraturc/Salinity Module)6742.17湍流模块( Turbulence module)42.8解耜( Decoupling)….…6742.9输出( Outputs)…特别说明:本手册部分内容来源于网络。Www.Zlvo.Com第一章模型介绍11简介MIKE21是一个专业的工程软件包,用于模拟河流、湖泊、河口、海湾、海岸及海洋的水流、波浪、泥沙及环境。MIKE21为工程应用、海岸管理及规划提供了完备、有效的设计环境。高级图形川户界面与高效的计算引擎的结合使得MIKE2I在世界范围内成为了一个水流模拟专业技术人员不可缺少的工具。丹麦水力研究所开发的平面二维数学模型MIKE21,曾经在丹麦、埃及、澳洲、泰国及中国香港、台湾等国家和地区得到成功应用,在丬面二维白由表面流数值模拟方面具有强大的功能。目前该软件在中国的应用发展很快,并在一些大型工程中广泛应用,如:长江口综合治理工程、杭州湾数值模拟、南水北调工程、重庆市城市排污评价、太湖富营养模型、香港新机场工程建设等。12MIKE21软件特点(1)用户界面友好,属于集成的 Windows图形界面;(2)具有强大的前、后攵理功能。在前处理方面,能根据地形瓷料进行计算网格的划分;在后处理方面具有强大的分析功能,如流场动态演示及动画制作、计算断面流量、实测与计算过程的验证、不同方案的比较等;(3)多种计算网格、模块及许可选择确俫用户根据自身需求来选择模型(4)可以进行热启动,当用户因各种原因需暂时中断MIKE21模型时,只要在上次计算时设置了热启动文件,再次开始计算时将热启动文件调入便可继续计算,极大地方便了计算时间有限制的用户;(5)能进行干、湿节点和干、湿单元的设置,能较方便地进行滩地水流的模拟:(6)具有功能强大的卡片设置功能,可以进行多种控制性结构的设置,如桥墩、堰、闸、涵洞等(7)可广泛地应用于二维水力学现象的研究,潮汐、水流,风暴潮,传热、盐流,水质,波浪紊动,湖震,防浪堤布置,船运,泥沙侵蚀、输移和沉积等,Www.Zlvo.Com被推荐为河流、湖泊、河∏和海岸水流的二维仿真模拟工具。1.3水动力模块原理131控制方程模型是基于三向不可压缩和 Reynolds值均布的 Navier-SLokes方程,并服从于 Boussinesq假定和静水压力的假定。二维非恒定浅水方程组为Ch Chu chvhSChu ahauvan h6x+=1-a=欧h-a(1-22pa ax po po ph)+-(h12)+hu,Schv chuy chvfuh-ghan h apay po aygh ap2 Po ay Po po po、ax11)+hS式中:t为时间:x,y为笛卡尔坐标系坐标;n为水位;d为静止水深;h=n+d为总水深;tn,v分别为x,y方向上的速度分量;f是哥氏力系数,f=2 osin p,(为地球白转角速度,为当地纬度;g为重力加速度;p为水的密度;Sx、SS分别为辐射应力分量;S为源项;(uy,ν)为源项水流流速。字母上带横杠的是平均值。例如,矿、ν为沿水深平均的流速,由以下公式定义hu= udz, hvdzWww.Zlvo.Com为水平粘滞应力项,包括粘性力、紊流应力和水平对流,这些量是根据沿水深平均的速度梯度用涡流粘性方程得出的:T=2A2A13,2数值解法)空间离散计算区域的空间离散是用有限体积法( Finite volume method),将该连续统体细分为不重叠的单元,单元可以是任意形状的多边形,但在这里只考虑三角形和四边形单元。在MKE软件2007版本只能是三角形网格。浅水方程组的通用形式一般可以写成上(U)=S(U)(1-6)式中:U为守恒型物理向量:F为通量向量;S为源项在笛卡尔坐标系中,二维浅水方程组可以写为OU O(F-F)O(FY-Fy)S(1-7)式中:上标/和分别为无粘性的和粘性的通量。各项分别如下:0hCu+g(FhuyOu Cha0Fk=lhAolhugh42Www.Zlvo.Comadh2thPu cy Pogn+fuhpe gn opythiPo oy Po对方程(46)第i个单元积分,并运用 Gauss原理重写可得出「a(Fa)-JA(1-9)式中:A1为单元g2的面积;I;为单元的边界;ds为沿着边界的积分变量这里使用单太求积法来计算面积的积分,该求积点位于单元的质点,同时使用中点求积法水计算边界积分,方程(49)可以写为∑FnAT=S(1-10)式中:U和S分别为第个单元的U和S的平均值,并位于单元中心;NS是单元的边界数;^厂,为第j个单元的长度阶解法和二阶解法都可以用于空间离散求解。对于二维的情况,近似的Riemann解法可以用来计算单元界面的对流流动。使用Roc方法时,界面左边的和右边的相关变量需要估计取值。二阶方法中,空间准確度可以通过使用线性梯度重构的技术来获得。而平均梯度可以用由 jawahar和 Kamath于2000年提出的方法来估计,为了避免数值振荡,模型使用了二阶TVD格式。(2)时间积分考虑方程的一般形式aU=G(U)1-11)对于二维模拟,浅水方程的求解有两种方法:一种是低阶方法,另一种是高阶方法。低价方法即低阶显式的Euer方法Un1=Un+△G(Un)(1-12)式中:为时间步长。高阶的方法为以如下形式的使用了二阶的 Runge kuttaWww.Zlvo.Com方法n12=Un+△G(U,)Un+1=Un+△G(Un+12)(1-13)(3)边界条件1)闭合边界沿着闭合边界(陆地边界),所有垂直于边界流动的变量必须为0。对于动量方程,可以得知沿着陆地边界是完全平稳的。2)开边界开边界条件可以指定为流量过程或者是水位过程3)千湿边界处理动边界问题(T湿边界)的方法是基于赵棣华(1994)和 Sleigh(1998)的处理方式。当深度较小时,该问题可以被重新表述,通过将动量通量设置为零以及只考恳质量通量来实现。只有当深度足够小时,计算不考虑该网格屮元。每个单元的水深会被监测,并且单元会被定义为干、半干湿和湿。单元面也会被监测,以确定淹没边界。满足下面两个条件单元边界被定义为淹没边界:首先单元的一边水深必须小于hn,且另一边水深必须大于h;第二,水深小于hn的单元的静水深加上另一单元表面高程水位必须大于零。满足下亩两个条件单元会被定义为干单元:首先单元中的水深必须小于干水深hn;另外,该单元的三个边界中没有一个是淹没边界。被定义为干的单元在计算中会被忽略不计。单儿破定义为半干:如果单元水深介于h和hm之间,或是当水深小于hy但有一个边界是淹没边界。此时动量通量被设定为0,只有质量通量会被计算。单元会被定义为湿:如果单元水深大于ha。此时动量通量和质量通量都会在计算中被考虑。如果模型中的区域是处在τ湿边交替区,为了避免模型计算岀现不稳定性,使用者可以启用 Flood and Dry选项。在这个情形下使用者必须设定一个干水深Www.Zlvo.Com( drying depth),淹没深度( flooding water depth)和湿水深( wetting depth)者必须满足hn
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