В любом современном контроллере есть таймеры
. В этой статье речь пойдёт о простых (базовых) таймерах stm32f4 discovery
.
Это обычные таймеры. Они 16 битные с автоматической перезагрузкой. Кроме того имеется 16 битный программируемый делитель частоты
. Есть возможность генерирования прерывания по переполнению счётчика
и/или запросу DMA.
Приступим. Как и раньше я пользуюсь Eclipse + st-util в ubuntu linux
Первым делом подключаем заголовки:
#include
Ничего нового в этом нет. Если не ясно откуда они берутся либо читайте предыдущие статьи, либо открывайте файл и читайте.
Определим две константы. Одну для обозначения диодов, другую массив из техже диодов:
Const uint16_t LEDS = GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15; // все диоды const uint16_t LED = {GPIO_Pin_12, GPIO_Pin_13, GPIO_Pin_14, GPIO_Pin_15}; // массив с диодами
Скорее всего уже знакомая вам функция-инициализации периферии (то есть диодов) :
Void init_leds(){ RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE); // разрешаем тактирование GPIO_InitTypeDef gpio; // структура GPIO_StructInit(&gpio); // заполняем стандартными значениями gpio.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; // подтяжка резисторами gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; // работаем как выход gpio.GPIO_Pin = LEDS; // все пины диодов GPIO_Init(GPIOD, &gpio);
Функция инициализатор таймера:
Void init_timer(){ RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE); // включаем тактирование таймера /* Другие параметры структуры TIM_TimeBaseInitTypeDef * не имеют смысла для базовых таймеров. */ TIM_TimeBaseInitTypeDef base_timer; TIM_TimeBaseStructInit(&base_timer); /* Делитель учитывается как TIM_Prescaler + 1, поэтому отнимаем 1 */ base_timer.TIM_Prescaler = 24000 - 1; // делитель 24000 base_timer.TIM_Period = 1000; //период 1000 импульсов TIM_TimeBaseInit(TIM6, &base_timer); /* Разрешаем прерывание по обновлению (в данном случае - * по переполнению) счётчика таймера TIM6. */ TIM_ITConfig(TIM6, TIM_IT_Update, ENABLE); TIM_Cmd(TIM6, ENABLE); // Включаем таймер /* Разрешаем обработку прерывания по переполнению счётчика * таймера TIM6. это же прерывание * отвечает и за опустошение ЦАП. */ NVIC_EnableIRQ(TIM6_DAC_IRQn); }
Я прокомментировал код, так-что думаю всё ясно.
Ключевыми параметрами тут являются делитель (TIM_Prescaler) и период (TIM_Period) таймера. Это параметры, которые собственно и настраивают работу таймера.
К примеру, если у вас на STM32F4 DISCOVERY тактовая частота установлена в 48МГц, то на таймерах общего назначения частота 24МГц. Если установить делитель (TIM_Prescaler) в 24000 (частота счёта = 24МГц/24000 = 1КГц), а период (TIM_Period) в 1000, то таймер будет отсчитывать интервал в 1с.
Обратите внимание, что всё зависит от тактовой частоты. Её вы должны выяснить точно.
Так же отмечу, что на высоких частотах переключение светодиода по прерыванию существенно искажает значение частоты. При значении в 1МГц на выходе я получал примерно 250КГц, т.е. разница не приемлима. Такой результат видимо получается из-за затрат времени на выполнение прерывания.
Глобальная переменная - флаг горящего диода:
U16 flag = 0;
Обработчик прерывания, которое генерирует таймер. Т.к. этоже прерывание генерируется и при работе ЦАП, сначала проверяем, что сработало оно именно от таймера:
Void TIM6_DAC_IRQHandler(){ /* Так как этот обработчик вызывается и для ЦАП, нужно проверять, * произошло ли прерывание по переполнению счётчика таймера TIM6. */ if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET) { flag++; if (flag>3) flag = 0; /* Очищаем бит обрабатываемого прерывания */ TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update); GPIO_Write(GPIOD, LED); // зажигаем слудующий диод } }
Функция main:
Int main(){ init_leds(); init_timer(); do { } while(1); }
Цикл оставляем пустым. Счётчик выполняет свою работу асинхронно, а прерывание на то и прерывание, чтобы не зависеть от выполняемой в данный момент операции.
Таймеры в STM32, как в принципе и вся периферия, являются очень навороченными. От обилия разных функций, которые могут выполнять таймеры может даже закружиться голова. Хотя, казалось бы, таймер он на то и таймер, чтобы просто считать. Но на деле все гораздо круче)
Мало того, что таймеры обладают такими широкими возможностями, так их еще несколько у каждого контроллера. И даже не два и не три, а больше! В общем, нахваливать все это можно бесконечно. Давайте уже разбираться, что и как работает. Итак, микроконтроллер STM32F103CB имеет:
- 3 таймера общего назначения (TIM2, TIM3, TIM4)
- 1 более продвинутый таймер с расширенными возможностями (TIM1)
- 2 WDT (WatchDog Timer)
- 1 SysTick Timer
Собственно таймеры общего назначения и таймер TIM1 не сильно отличаются друг от друга, так что ограничимся рассмотрением какого-нибудь одного таймера. К слову я остановил свой выбор на TIM4. Без особой причины, просто так захотелось =). Таймеры имеют 4 независимых канала, которые могут использоваться для:
- Захвата сигнала
- Сравнения
- Генерации ШИМ
- Генерации одиночного импульса
- Переполнение
- Захват сигнала
- Сравнение
- Событие-триггер
При наступлении любого из этих событий таймеры могут генерировать запрос к DMA (DMA – прямой доступ к памяти, уже скоро мы будем разбираться и с ним =)). Теперь немного подробнее о каждом из режимов работы таймеров.
Режим захвата сигнала. Очень удобно при работе таймера в этом режиме измерять период следования импульсов. Смотрите сами: приходит импульс, таймер кладет свое текущее значение счетчика в регистр TIM_CCR. По-быстрому забираем это значение и прячем в какую-нибудь переменную. Сидим, ждем следующий импульс. Опа! Импульс пришел, таймер снова сует значение счетчика в TIM_CCR , и нам остается только вычесть из этого значения то, которое мы предварительно сохранили. Это, наверное, самое простое использование этого режима таймера, но очень полезное. Отлавливать можно как передний фронт импульса, так и задний, так что возможности довольно велики.
Режим сравнения. Тут просто подключаем какой-нибудь канал таймера к соответствующему выводу, и как только таймер досчитает до определенного значения (оно в TIM_CCR ) состояние вывода изменится в зависимости от настройки режима (либо выставится в единицу, либо в ноль, либо изменится на противоположное).
Режим генерации ШИМ. Ну тут все скрыто в названии) В этом режиме таймер генерирует ШИМ! Наверно нет смысла что-то писать тут еще сейчас. Скоро будет примерчик как раз на ШИМ, там и поковыряем поподробнее.
Режим Dead-Time. Суть режима в том, что между сигналами на основном и комплементарном выводах таймера появляется определенная задержка. В интернете есть довольно много информации о том, где это можно и нужно применять.
Ну вот в принципе ооочень кратко об основных режимах работы таймера. Если будут вопросы про другие режимы, более специфические, пишите в Комментарии 😉
Надо бы потихоньку написать программку для работы с таймерами. Но сначала посмотрим, что есть в библиотеке Standard Peripheral Library. Итак, за таймеры несут ответственность файлы – stm32f10x_tim.h и stm32f10x_tim.c . Открываем первый и видим, что структура файла повторяет структуру файла для работы с GPIO, который мы рассматривали в предыдущей статье. Здесь описаны структуры и поля структур, которые нужны для конфигурирования таймеров. Правда здесь уже не одна, а несколько структур (режимов, а соответственно и настроек то у таймеров побольше, чем у портов ввода-вывода). Все поля структур снабжены комментариями, так что не должно тут возникать никаких проблем. Ну вот, например:
| uint16_t TIM_OCMode; // Specifies the TIM mode. |
Здесь будем задавать режим работы таймера. А вот еще:
| uint16_t TIM_Channel; // Specifies the TIM channel. |
Здесь выбираем канал таймера, ничего неожиданного) В общем все довольно прозрачно, если что спрашивайте =) С первым файлом понятно. А в файле stm32f10x_tim.c – готовые функции для работы с таймерами. Тоже все в целом ясно. Мы уже использовали библиотеку для работы с GPIO, теперь вот работаем с таймерами, и очевидно, что для разной периферии все очень похоже. Так что давайте создавать проект и писать программу.
Итак, запиливаем новый проект, добавляем все необходимые файлы:
Пишем код:
Необходимо отметить, что в поле TIM_Prescaler нужно записывать значение, на единицу меньшее, чем то, которое мы хотим получить.
| /****************************timers.c*******************************/ #include "stm32f10x.h" #include "stm32f10x_rcc.h" #include "stm32f10x_gpio.h" #include "stm32f10x_tim.h" //При таком предделителе у меня получается один тик таймера на 10 мкс #define TIMER_PRESCALER 720 /*******************************************************************/ //Переменная для хранения предыдущего состояния вывода PB0 uint16_t previousState; GPIO_InitTypeDef port; TIM_TimeBaseInitTypeDef timer; /*******************************************************************/ void initAll() { //Включаем тактирование порта GPIOB и таймера TIM4 //Таймер 4 у нас висит на шине APB1 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE) ; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE) ; //Тут настраиваем порт PB0 на выход //Подробнее об этом в статье про GPIO GPIO_StructInit(& port) ; port.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; port.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; port.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz; GPIO_Init(GPIOB, & port) ; //А тут настройка таймера //Заполняем поля структуры дефолтными значениями TIM_TimeBaseStructInit(& timer) ; //Выставляем предделитель timer.TIM_Prescaler = TIMER_PRESCALER - 1 ; //Тут значение, досчитав до которого таймер сгенерирует прерывание //Кстати это значение мы будем менять в самом прерывании timer.TIM_Period = 50 ; //Инициализируем TIM4 нашими значениями TIM_TimeBaseInit(TIM4, & timer) ; } /*******************************************************************/ int main() { __enable_irq() ; initAll() ; //Настраиваем таймер для генерации прерывания по обновлению (переполнению) TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE) ; //Запускаем таймер TIM_Cmd(TIM4, ENABLE) ; //Разрешаем соответствующее прерывание NVIC_EnableIRQ(TIM4_IRQn) ; while (1 ) { //Бесконечно тупим) Вся полезная работа – в прерывании __NOP() ; } } /*******************************************************************/ //Если на выходе был 0.. timer.TIM_Period = 50 ; TIM_TimeBaseInit(TIM4, & timer) ; //Очищаем бит прерывания TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update) ; } else { //Выставляем ноль на выходе timer.TIM_Period = 250 ; TIM_TimeBaseInit(TIM4, & timer) ; TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update) ; } } |
В этой программе мы смотрим, что было на выходе до момента генерации прерывания – если ноль, выставляем единицу на 0.5 мс. Если была единица – ставим ноль на 2.5 мс. Компилируем и запускаем отладку =)
Небольшое, но очень важное отступление… Наш пример, конечно, будет работать и для теста он вполне сгодится, но все-таки в “боевых” программах нужно следить за оптимальностью кода как с точки зрения его объема, так и с точки зрения производительности и расхода памяти. В данном случае нет никакого смысла использовать структуру timer, а также вызывать функцию TIM_TimeBaseInit() каждый раз при смене периода. Правильнее менять всего лишь одно значение в одном регистре, а именно в регистре TIMx->ARR (где х – это номер таймера). В данном примере код трансформируется следующим образом:
| /*******************************************************************/ void TIM4_IRQHandler() { //Если на выходе был 0.. if (previousState == 0 ) { //Выставляем единицу на выходе previousState = 1 ; GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0) ; //Период 50 тиков таймера, то есть 0.5 мс TIM4-> ARR = 50 ; } else { //Выставляем ноль на выходе previousState = 0 ; GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0) ; //А период теперь будет 250 тиков – 2.5 мс TIM4-> ARR = 250 ; } TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update) ; } /****************************End of file****************************/ |
Итак, продолжаем, на пути у нас очередные грабли) А именно ошибка:
..\..\..\SPL\src\stm32f10x_tim.c(2870): error: #20: identifier “TIM_CCER_CC4NP” is undefined
Не так страшно как может показаться, идем в файл stm32f10x.h, находим строки
Вот теперь все собирается, можно отлаживать. Включаем логический анализатор. В командной строке пишем: la portb&0x01 и наблюдаем на выходе:
Что хотели, то и получили) Другими словами все работает правильно. В следующей статье поковыряем режим генерации ШИМ, оставайтесь на связи 😉
Не пропустите хорошую статью про таймеры в целом – .
Собственно, поэтому давайте сразу же переходить к программированию. Возьмем любой из базовых таймеров микроконтроллера STM32F3 , произведем его минимальную настройку и попытаемся сгенерировать прерывания через равные промежутки времени. Максимально простой пример 😉
Итак, из Standard Peripheral Library нам понадобятся парочка файлов, в которых реализовано взаимодействие с регистрами таймеров:
| #include "stm32f30x_gpio.h" #include "stm32f30x_rcc.h" #include "stm32f30x_tim.h" #include "stm32f30x.h" /*******************************************************************/ TIM_TimeBaseInitTypeDef timer; /*******************************************************************/ |
Минимальная инициализация таймера выглядит следующим образом. Кстати заодно настроим одну из ножек контроллера на работу в режиме выхода. Это нужно всего лишь для того, чтобы мигать светодиодиком 😉
| /*******************************************************************/ void initAll() { // Тактирование - куда ж без него RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOE, ENABLE) ; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE) ; // На этом выводе у нас синий светодиод (STM32F3Discovery) gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; gpio.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOE, & gpio) ; // А вот и долгожданная настройка таймера TIM2 TIM_TimeBaseStructInit(& timer) ; timer.TIM_Prescaler = 7200 ; timer.TIM_Period = 20000 ; TIM_TimeBaseInit(TIM2, & timer) ; /*******************************************************************/ |
Тут стоит уделить внимание двум непонятно откуда взявшимся числам – 7200 и 20000 . Сейчас разберемся что это 😉 Таймер у меня тактируется частотой 72 МГц . Prescaler, он же предделитель, нужен для того, чтобы эту частоту делить) Таким образом, получаем 72 МГц / 7200 = 10 КГц . Значит один “тик” таймера соответствует (1 / 10000) секунд , что равняется 100 микросекундам. Период таймера – это величина, досчитав до которой программа улетит на обработчик прерывания по переполнению таймера. В нашем случае таймер дотикает до 20000 , что соотвествует (100 * 20000) мкс или 2 секундам. То есть светодиод (который мы зажигаем и гасим в обработчике прерывания) будет мигать с периодом 4 секунды (2 секунды горит, 2 секунды не горит =)). Теперь с этим все понятно, продолжаем…
В функции main() вызываем функцию инициализации, а также включаем прерывания и таймер. В цикле while(1) кода и того меньше – он просто пуст 😉
| /*******************************************************************/ int main() { __enable_irq() ; initAll() ; TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE) ; TIM_Cmd(TIM2, ENABLE) ; NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn) ; while (1 ) { } } /*******************************************************************/ |
Все, осталось написать пару строк для обработчика прерываний, и дело сделано:
| /*******************************************************************/ void TIM2_IRQHandler() { TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update) ; if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE, GPIO_Pin_8) == 1 ) { GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_8) ; } else { GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_8) ; } } /*******************************************************************/ |
Прошив программу в контроллер, наблюдаем мигающий синий светодиод, следовательно программа функционирует верно! В принципе на этом все на сегодня, такая вот получилась краткая статейка)
Мы уже рассматривали таймер SysTick, который является частью ядра Cortex. Однако на этом всё не заканчивается. Таймеров в stm32 много, и они бывают разные. В зависимости от цели вам придется выбрать тот или иной таймер:
- SysTick;
- таймеры общего назначения (англ. general purpose timer) - TIM2, TIM3, TIM4, TIM15, TIM16, TIM17;
- продвинутый таймер (англ. advanced timer) - TIM1;
- сторожевой таймер (англ. watchdog timer).
Про последний стоит упомянуть лишь то, что он предназначен для контроля зависания системы и представляет собой таймер, который периодически необходимо сбрасывать. Если сброса таймера не произошло в течение некоторого интервала времени, сторожевой таймер перезагрузит систему (микроконтроллер).
Таймеры бывают разной битности: например, SysTick - 24-битный, а все таймеры, что имеются у нас в камне - 16-битные (т. е. могут считать до 2 16 = 65535), кроме WatchDog. Кроме того, каждый таймер имеет некоторое количество каналов, то есть, по сути, он может работать за двоих, троих и т. д. Эти таймеры умеют работать с инкрементными энкодерами, датчиками Холла, могут генерировать ШИМ (широтно-импульсная модуляция, англ. Pulse Width Modulation - о которой мы поговорим позже) и многое другое. Кроме того, они могут генерирувать прерывания или совершать запрос к другим модулям (например, к DMA - Direct Memory Access) по разным событиям:
- переполнение (англ. overflow);
- захват сигнала (англ. input capture);
- сравнение (англ. output compere);
- событие-триггер (англ. event trigger).
Если с переполнением таймера (точнее, достижением «0») нам всё понятно - мы рассматривали SysTick - то с другими возможными режимами работы мы еще не знакомы. Давайте рассмотрим их подробнее.
Захват сигнала
Этот режим хорошо подходит, чтобы измерять период следования импульсов (или их количество, скажем, за секунду). Когда на выход МК приходит импульс, таймер генерирует прерывание, с которого мы можем снять текущее значение счетчика (из регистра TIM_CCRx , где x - номер канала) и сохранить во внешнюю переменную. Затем придет следующий импульс, и мы простой операцией вычитания получим «время» между двумя импульсами. Отлавливать можно как передний, так и задний фронт импульса, или даже сразу оба. Зачем это нужно? Предположим, у вас есть магнит, который вы приклеили к диску на колесе, а датчик Холла - к вилке велосипеда. Тогда, вращая колесо, вы будете получать импульс каждый раз, когда магнит на колесе будет в той же плоскости, что и датчик Холла. Зная расстояние которое пролетает магнит за оборот и время можно вычислить скорость движения.
Также существует режим захвата ШИМ, однако это скорее особый способ настройки таймера, нежели отдельный режим работы: один канал ловит передние фронты, а второй - задние фронты. Тогда первый канал детектирует период, а второй - заполнение.
Режим сравнения
В таком режиме выбранный канал таймера подключается к соответствующему выводу, и как только таймер достигнет определенного значения, состояние вывода изменится в зависимости от настройки режима (это может быть «1» или «0», или состояние на выходе просто инвертируется).
Режим генерации ШИМ
Как понятно из названия, таймер в таком режиме генерирует широтно-импульсную модуляцию. Подробнее о таком режиме, а также о том, где его можно / стоит применять, мы поговорим в следующем занятии после рассмотрения захвата сигнала.
При помощи продвинутого таймера можно формировать трехфазный ШИМ, который очень пригодится для управления трехфазным двигателем.
Режим Dead-time
Эта функция есть у некоторых таймеров; она нужна для создания задержек на выходах, которые требуются, например, для исключения сквозных токов при управлении силовыми ключами.
В курсе мы будем использовать только «захват сигнала» и «генерацию ШИМ».