【笔记】判断高电平，低电平和方波的几种方法

news2024/11/25 16:45:51

读取某一个上拉电平信号，它可能输出是低电平，可能是高电平，可能是方波，并且这个方波不知道频率何占空比，那么如何来通过程序来判断呢？高电平和低电平都好说，利用HAL库读取即可，如下：

#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"


int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();


  // 初始化 GPIO
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 启用 GPIOA 时钟


  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;   // 选择要读取的引脚
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; // 设置为输入模式
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;    // 没有上下拉电阻
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);


  // 读取 GPIO 电平
  uint8_t gpioState = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0);


  // 现在 gpioState 包含了引脚的电平状态 (GPIO_PIN_SET 或 GPIO_PIN_RESET)


  while (1) {
    // 在这里可以执行其他任务
  }
}

重点是方波，如何读取方波信号呢？

方法一：读取ADC电压

高电平是3.3V左右，低电平是0V左右，那么介于中间的就是方波，这个是很直观的，以下便是读取ADC的程序：

#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"


ADC_HandleTypeDef hadc1;


void Error_Handler(void) {
  // 处理错误
}


void SystemClock_Config(void) {
  // 配置系统时钟
}


void ADC_Config(void) {
  // 初始化ADC外设
  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV2;
  hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
  hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE; // 连续模式，以便不断地测量电压
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.NbrOfDiscConversion = 0;
  hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
  hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
  hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SEQ_CONV;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }


  // 配置ADC通道    
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0; // 选择要读取的ADC通道
  sConfig.Rank = 1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_84CYCLES;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}


int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  ADC_Config();


  // 启动ADC转换
  if (HAL_ADC_Start(&hadc1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }


  uint32_t adcValue;
  while (1) {
    // 等待ADC转换完成
    if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK) {
      // 读取ADC数据寄存器
      adcValue = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
      // 判断电压值来判断是高电平、低电平还是方波信号
    }
  }
}

方法二：外部中断

如果是方波，外部中断肯定会触发，外部电路是上拉，我们需要将STM32配置成上拉，下降沿触发外部中断。在1s内如果有中断被触发就是方波，否则就是高或者低电平，以下是HAL的示例代码：

#include "stm32f4xx.h"    
#include "stm32f4xx_hal.h"


void Error_Handler(void) {
  // 处理错误
}


void SystemClock_Config(void) {
  // 配置系统时钟
}


void EXTI_Config(void) {
  // 配置外部中断
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 启用GPIOA时钟
  __HAL_RCC_SYSCFG_CLK_ENABLE(); // 启用SYSCFG时钟


  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0; // 配置外部中断引脚，例如GPIOA的引脚0
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING; // 上升沿和下降沿触发外部中断
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; // 上拉电阻
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);


  // 配置外部中断线
  HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0); // 配置中断优先级
  HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn); // 启用外部中断


  // 配置外部中断触发
  EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
  EXTI_InitStruct.Line = EXTI_LINE_0; // 配置外部中断线
  EXTI_InitStruct.Mode = EXTI_MODE_INTERRUPT;    
  EXTI_InitStruct.Trigger = EXTI_TRIGGER_RISING_FALLING; // 上升沿和下降沿触发
  HAL_EXTI_SetConfigLine(&EXTI_InitStruct);
}


void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
  // 外部中断回调函数，当外部中断触发时执行


  // 在这里可以执行你的方波信号检测逻辑
  // 如果外部中断触发，表示方波信号
  // 否则，表示高电平或低电平
}


int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  EXTI_Config();


  while (1) {
    // 在这里可以执行其他任务
  }
}

方法三：读取方波的频率和占空比

这个是直接的，也是最直观的，我们还可以额外知道该方波的一些信息。以下是示例代码：

#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"


TIM_HandleTypeDef htim2;
uint32_t highPulse = 0;
uint32_t lowPulse = 0;
uint32_t period = 0;
uint32_t frequency = 0;
float dutyCycle = 0.0f;    


void Error_Handler(void) {
  // 处理错误
}


void SystemClock_Config(void) {
  // 配置系统时钟
}


void TIM2_Config(void) {
  // 初始化定时器2 (TIM2)
  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = 0;
  htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim2.Init.Period = 0xFFFFFFFF; // 设置定时器周期为最大值
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}


void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
  if (htim->Instance == TIM2) {
    // 每当定时器2溢出时执行


    // 更新方波频率和占空比的测量值
    frequency = HAL_RCC_GetPCLK1Freq() / (period + 1);
    dutyCycle = (float)highPulse / (period + 1);
    highPulse = 0;
    lowPulse = 0;
  }
}


void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
  if (htim->Instance == TIM2) {
    // 每当定时器2的捕获比较中断时执行


    if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_SET) {    
      // 当外部信号为高电平时执行
      highPulse = __HAL_TIM_GET_COMPARE(htim, TIM_CHANNEL_1);
    } else {
      // 当外部信号为低电平时执行
      lowPulse = __HAL_TIM_GET_COMPARE(htim, TIM_CHANNEL_1);
      period = highPulse + lowPulse;
    }
  }
}


int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  TIM2_Config();


  // 配置外部中断线
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);


  // 配置外部中断引脚
  EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
  EXTI_InitStruct.Line = EXTI_LINE_0;
  EXTI_InitStruct.Mode = EXTI_MODE_INTERRUPT;
  EXTI_InitStruct.Trigger = EXTI_TRIGGER_RISING_FALLING;
  HAL_EXTI_SetConfigLine(&EXTI_InitStruct);


  // 配置中断优先级
  HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);


  // 启动定时器
  if (HAL_TIM_Base_Start(&htim2) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }    


  while (1) {
    // 在这里可以执行其他任务
  }
}

以上就是想到的3种方法，欢迎方法补充，最后如果你知道方波的频率和占空比，还有一个方法，你知道吗？

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