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STM32探险之旅 第六章 定时器

青春版定时器:WatchDog

混沌邪恶:看门狗也是定时器!

但是你说得对,看门狗本质上就是一个定时器。之所以将其称之为狗,是因为其存在两种状态:饿了和饱了。饿了它就要触发中断,饱了就啥事不干。从饱到饿消耗的时间,不就是我们想定的时么?而且这么一想,如果只是单纯地需要定时,看门狗的操作其实比真正的定时器来得更方便。

STM32中存在两种看门狗:IWDG(独立看门狗)和WWDG(窗口看门狗)。

  • 独立看门狗(IWDG)由专用的低速时钟(LSI)驱动(40kHz),即使主时钟发生故障它仍有效。独立看门狗适合应用于需要看门狗作为一个在主程序之外 能够完全独立工作,并且对时间精度要求低的场合。

  • 窗口看门狗由从APB1时钟(36MHz)分频后得到时钟驱动。通过可配置的时间窗口来检测应用程序非正常的过迟或过早操作。 窗口看门狗最适合那些要求看门狗在精确计时窗口起作用的程序。

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看门狗的分类及使用

下面来配置STM32的IWDG和WWDG。

IWDG

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溢出时间(ms)=((4×2^PR) ×RLR)/LSI时钟频率

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PR与预分频系数的关系

可以发现一个重要规律:预分频系数越高,溢出时间就越长。这条对之后的计时器同样适用。

按照我们的参数,该IWDG的溢出时间在300ms左右。

当程序开始时,我们先初始化IWDG,其开始计时并使寄存器内的变量自减;

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程序正常执行后喂狗,如果不正常运行的话就会触发复位。

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WWDG

WWDG的“窗口”含义在于:你只能在其中一段窗口时间内喂狗。

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我们可以设置2,也就是上限时间,但不能设置下限时间,也不能设置1到3的总时间。(不过可以调节分频系数来变相改变)当CNT减少到0x3f时,就会先触发WWDG中断(需要激活NVIC),并复位。我们可以在中断内喂狗,并进行自定义的操作。

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  • prescaler:预分频系数
  • window value:刷新窗口上限
  • free-running downcounter value:计时器时间(过程1-3总时间),无法更改。
  • Early wakeup interrupt:若Enable,则中断将在CNT减到0x40时触发。

设置好参数后,我们仿照刚才的IWDG来初始化WWDG,并在main函数中加入wwdg的中断回调函数。

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也就是当wwdg刷新时就翻转小灯亮灭。

最后的效果:

分频系数:8

分频系数:4 闪得太快摄像机拍不出来了

TIM定时器

STM32一共有三种不同类的定时器,F103板上共有八个。

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需要补充的是,基本定时器在APB11上,而通用定时器和高级定时器都在APB2上。

“计数模式”指的是寄存器中CNT变量的变化方式,如下图所示:

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我们之前使用的WDG,使用的就是向下计数。

基本定时器与定时器中断

基本定时器的功能和使用方法和WDG类似。计时器的CNT变量以特定方式变化,到达临界值后溢出产生中断,我们通过编写中断回调函数来实现自定义功能。

首先在Cube中启用TIM6基本定时器。

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我们需要Enable auto-reload preload,以此在更新事件(UEV)产生后再开始新的计数,保护原来的计数周期不受影响。

我们可以用下面的公式来计算计时器的溢出时间。若使PSC为7199,则溢出时间就等于重装载值/10。

$$ T = \frac{(arr + 1) * (psc + 1)} {Tclk} $$

psc:预分频器(系数);arr:AutoReloadRegister,自动装载寄存器;Tclk:APB1或2上的时钟频率

为什么?

事实上,定时器除了指定CNT的临界值之外,还需要指定它的分频器PSC(Prescaler)。这是因为:

  • 时钟频率太快。16位CNT的临界值范围在0~65536,而对于72MHz的时钟频率来说,跑完65536只需要0.9ms。

  • 计算不便。如果不分频,72MHz的时钟对应每周期1/72us,十分不利于计算。

PSC的原理是:时钟源每Tick一次,PSCCNT++,直到达到PSCCNT的临界值,下一次Tick会使PSCCNT归零,CNT++。可以简单把这个原理理解成给CNT又加了一层循环嵌套。

对于基本定时器,时钟脉冲的来源是HCLK/1 - APB1总线/2 - APB1计时器*2 = 72MHz,所以只需要指定PSC为7199即可达到分频的目的。


首先,和WDG类似,我们需要先初始化定时器。

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初始化函数别写错了!

接着找到定时器中断相关的回调函数,在main.c中重新定义它。

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需要对传入的定时器进行判断

刷版运行。

ARR=4999

ARR=9999

通用计时器的中断溢出的操作方法与基本定时器基本一致,故不再赘述。

通用定时器输出PWM脉冲

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定时器与PWM

所谓的PWM,就是图下方的那一条方波。图上方的部分是我们的通用定时器中的CNT变量。(向上计数)我们设定一个值CCRx,当CNT<CCRx时,PWM输出0;反之输出1。一个PWM周期的时长就是计时器的溢出时长。我们把PWM输出1的时间占定时器占一个PWM周期的比例称为占空比。

我们可以用PWM来做什么呢?一个很简单的例子是PWM呼吸灯。(或者使用PWM控制小灯亮度)

众所周知,要控制小灯的亮度,只需要改变电压的大小。我们只需要将PWM复用输出到GPIO_OUT,就能使得PWM控制模拟电压的大小。

什么,还是听不懂?那么回想一下高中物理的知识。对于方波交流电路,其电压的有效值可以通过下面的公式来算出:

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可以看出,我们只需要改变t和T的比值,也就是占空比,就能改变电压的有效值。进一步,我们就能控制小灯的亮度。

那么接下来,我们就来尝试使用PWM控制GPIO口模拟电压输出,并且通过改变PWM占空比来改变小灯的亮度。

首先在ioc文件中将PA5改为复用输出TIM3_CH2;

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接着在TIM3属性设置中启用CH2的PWM输出;

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然后更改TIM3的PWM参数;

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如图所示,根据刚才基本定时器的计算公式,我们可以得到该定时器的溢出时间(PWM周期)是0.5ms。对我们本次的例程来说,更小的PWM周期意味着更精确的电压控制。

对于CH Polarity参数,由于我们的小灯是低电平亮,所以将其设置为Low。

目前我们初始化了PWM的周期,接下来我们只要在程序中给定CCRx,确定占空比,即可改变小灯的亮度。

接下来,我们就来试试通过按键来控制小灯亮度。

首先配置Key0和Key1的中断。

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和之前类似的,我们也要先初始化PWM输出。我们还要定义PWM占空比。

首先定义PWM周期:

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然后计算PWM周期,初始化PWM占空比。

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当Key0按下时,亮度减少:

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1. APB(Advanced Peripheral Bus,先进外设总线),挂载在AHB(Advanced High Performance Bus,先进高性能总线)上。