TIM时钟中断——输出捕获、输入捕获、编码器接口测速

news2024/11/24 9:29:00

输出捕获

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通道与DMA

计算机中的通道是一种专用于输入/输出（I/O）操作的控制器，它充当了主机（包括CPU和内存）与外部设备之间数据传输的桥梁。通道的主要目的是提高系统的并行处理能力，允许CPU与I/O设备同时工作，从而提升整体效率。

通道的基本特点和功能：
独立性：通道是一个相对独立的处理单元，拥有自己的指令集（通道指令），可以独立于CPU执行I/O操作。这意味着CPU可以启动通道后继续执行其他任务，不必等待I/O操作完成。

直接内存访问 (DMA)：通道能够直接与内存交互，进行数据传输，无需CPU介入每个数据传输步骤，这大大减少了CPU的负担。

并行处理：通过使用通道，计算机系统能够实现CPU处理计算任务与通道处理I/O操作的同时进行，即CPU与I/O并行工作，提高了系统性能。

多种类型：常见的通道类型有字节多路通道、数组多路通道和选择通道，每种类型适用于不同场景下的I/O需求。例如，字节多路通道适合连接大量低速设备，而数组多路通道适合处理高速数据传输的设备。

中断机制：一旦通道完成指定的I/O任务，它会向CPU发送一个中断信号，通知CPU任务已完成，这样CPU可以适时地处理后续操作或结果。

与DMA的关系：
通道技术通常与直接内存访问（DMA）结合使用，但两者有所区别。DMA主要关注数据在内存与外设间的直接传输，减少CPU在数据传输中的参与，而通道技术更侧重于对外部设备的管理和控制，是一种更高级别的I/O处理机制。

总的来说，计算机中的通道是提高系统效率的关键组件之一，特别是在需要频繁进行大量I/O操作的大型系统或特定应用环境中。

频率测量

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测周法： 一个标准频率用时= 1/Fc, 两个上升沿为一个周期，T= (1/Fc) * N , 所以 Freq= Fc/N

高频率用测频法，低频率用测周法

PWMI模式： 波形上升沿统计频率，下降沿用于统计占空比

主从触发模式（主动发出信号和被动接收信号，进行相关操作的）

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输入捕获结构（基本定时器TIM1、2都可以选择从模式让CNT自动清零，TIM3、4则需要通过捕获中断来实现，消耗资源）

在这里插入图片描述 - 标准频率（Fc）= 72MHz / 预分频系数

  • 频率太低的时候，周期变长，CNT的值可能会溢出

PWMI基本结构

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  • CCR2 / CCR1 = 占空比

输入捕获连线图

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输入捕获结构

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//测频率
#include "stm32f10x.h"
#include "PWM.h"
//输入捕获初始化
void IC_Init(void){
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);   //输入捕获，开启时钟3
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);    //配置GPIO
    
    GPIO_InitTypeDef GI;
    GI.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;    //引脚复用
    GI.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;         //TIM3专用引脚之一
    GI.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GI);
  
    TIM_InternalClockConfig(TIM2);
  
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TI;     //配置时钟单元
    TI.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV2;
    TI.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TI.TIM_Period = 65536-1;  //ARR满减
    TI.TIM_Prescaler = 72-1;    //PSC,决定计数频率（72MHz/psc）
    TI.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TI);  
  
     //初始化输入捕获单元
     TIM_ICInitTypeDef TIC;
     TIC.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
     TIC.TIM_ICFilter = 0xF;   //滤波器，避免干扰信号，数值越大，采样效果越好
     TIC.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
     TIC.TIM_ICPrescaler =  TIM_ICPSC_DIV1;    //每次更新事件，都捕获一次输入
     TIC.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
     TIM_ICInit(TIM3,&TIC);
     
     //从模式，触发源以及模式选择（触发复位）
     TIM_SelectInputTrigger(TIM3,TIM_TS_TI1FP1);
     TIM_SelectSlaveMode(TIM3,TIM_SlaveMode_Reset);
     
     //启动定时器
     TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
}

//自定义计算频率函数,这里用测周法：Freq = Fc/N  , 由于PSC为72-1，所以Fc=1MHz=(72MHz / PSC)
uint32_t IC_GetFreq(void){
    return 1000000  / (TIM_GetCapture1(TIM3)+1);  
}


#ifndef IC_H
#define IC_H
//输入捕获初始化
void IC_Init(void);
//自定义计算频率函数,这里用测周法：Freq = Fc/N  , 由于PSC为72-1，所以Fc=1MHz=(72MHz / PSC)
uint32_t IC_GetFreq(void);
#endif

测PWM占空比（两通道同时捕获同一引脚）

#ifndef IC_H
#define IC_H
//输入捕获初始化
void IC_Init(void);
//自定义计算频率函数,这里用测周法：Freq = Fc/N  , 由于PSC为72-1，所以Fc=1MHz=(72MHz / PSC)
uint32_t IC_GetFreq(void);
//获取占空比，上升沿次数记录在CCR1，下降沿次数记录在CCR2
uint32_t IC_GetDuty(void);
#endif



#include "stm32f10x.h"                  // Device header
//初始化PWM
void PWM_Init(void){
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);   //时钟中断
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);  //为呼吸灯指定引脚PA0
  //法二：为了提高引脚使用率，重映射端口，打开AFIO，重映射引脚，解除调试端口
//  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
//  GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2,ENABLE);
//  GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable,ENABLE); //禁用JTAG调试，这里用的是ST-Link
  
  GPIO_InitTypeDef GI;
  GI.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   //（外设）控制引脚，PA2要用复用推挽输出
  GI.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
  GI.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA,&GI);
  
  TIM_InternalClockConfig(TIM2);     //内部时钟
 
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TI;     //时钟中断配置
  TI.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1 ;
  TI.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TI.TIM_Period = 100-1;    // ARR
  TI.TIM_Prescaler = 720-1;      // PSC ，CK_PSC=72MHZ
  TI.TIM_RepetitionCounter = 0;
  TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TI);
  
  //时钟中断的输出比较模块定义： PWM波形，频率1KHZ，占空比50%,分辨率为 1%，
  TIM_OCInitTypeDef OCI;
  TIM_OCStructInit(&OCI); //先初始化输出比较模块，后续修改某个属性,其余属性默认
  
  OCI.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
  OCI.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;   //极性，高电平有效电平
  OCI.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  OCI.TIM_Pulse = 0;    //CCR捕获寄存器,可以通过改变CCR的值，调制PWM波形的占空比，从而改变LED灯的亮度    
  TIM_OC1Init(TIM2,&OCI);  //pwm波形初始化 ,将结构体变量交给TIM_OC1Init,配置TIM2的输出比较通道1,端口PA0
  
   TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);  //时钟中断使能
  
}

//动态改变CCR
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare){
   
   TIM_SetCompare1(TIM2,Compare); //该函数用于设置CRR的值

}

//动态修改PSC ，  PSC的频率=更新频率= 72MHZ/(PSC+1)/(ARR+1)
void PWM_SetPrescaler_TIM2(uint16_t PSC) {
   
    TIM_PrescalerConfig(TIM2,PSC,TIM_PSCReloadMode_Immediate);     //先把修改写进影子寄存器，触发更新事件再修改
  
}

#include "stm32f10x.h"    // Device header
#include "MyDelay.h"   //自定义延时函数
#include "Delay.h"     //官方延迟函数
#include "Button.h"   //按键Led驱动
#include "stdio.h"
#include "OLED.h"
#include "Servos.h"
#include "DCmotors.h"
#include "PWM.h"
#include "IC.h"

int main(void){
  //环境配置
   OLED_Init();
   PWM_Init();
   IC_Init();
   
   /*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "Freq:00000Hz");		//1行1列显示字符串Freq:00000Hz
	OLED_ShowString(2, 1, "Duty:00%");			//2行1列显示字符串Duty:00%
  
   PWM_SetPrescaler_TIM2(7200-1); //Freq = 72MHz / (PSC+1) / (ARR+1),这里的频率是1000Hz  
   PWM_SetCompare1(70);    //Duty = CCR/100 ，这里的占空比是50%
   
   while(1){
      OLED_ShowNum(1, 6, IC_GetFreq(), 5);	//不断刷新显示输入捕获测得的频率
		  OLED_ShowNum(2, 6, IC_GetDuty(), 2);	//不断刷新显示输入捕获测得的占空比      
   }
   return 0;
}

编码器（常见应用:使用PWM驱动电机，再用编码器测电机速度，接着用PID算法进行闭环控制）

在这里插入图片描述

正交编码器（抗噪声，可根据正交编码规律，对不符合规律的噪声状态，不予计次）

在这里插入图片描述

编码器接口基本结构

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编码器工作模式(与正反转的正交波形对应)

在这里插入图片描述

实例（对应通道给上升沿，不反相）

在这里插入图片描述

实例（对应通道给下降沿，反相）

在这里插入图片描述

接线图

在这里插入图片描述

TIM_RepetitionCounter

它是STM32定时器的一个寄存器位，它的主要作用是控制定时器中断的触发频率。具体来说，TIM_RepetitionCounter定义了在产生一个更新（溢出）中断之前，定时器的计数器需要重复溢出的次数。

当你设置TIM_RepetitionCounter的值大于0时，定时器的计数器会在每次达到自动重载值后，不是立即产生中断，而是需要再重复计数指定的次数（TIM_RepetitionCounter的值），之后才会产生一个更新中断。这样一来，你就可以通过这个参数来延长中断产生的周期，而不需要改变基础的计数配置（如预分频和计数周期）。

例如，如果你将TIM_RepetitionCounter设置为3，那么定时器会在计数器溢出4次（初始溢出加3次重复溢出）后才触发一次中断，从而实现了中断周期的扩展。

如果TIM_RepetitionCounter没有被显式配置，其值可能是随机的，这可能会导致定时或中断行为不符合预期，特别是在需要精确定时的应用场景中。因此，在初始化定时器时，明确设置TIM_RepetitionCounter是非常重要的，尤其是当你依赖于定时器中断来进行精确控制时。

编码器测速代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MyDelay.h"   //自定义延时函数
#include "Delay.h"     //官方延迟函数
#include "Button.h"   //按键Led驱动
#include "stdio.h"
#include "MyClock.h"
#include "OLED.h"
#include "Encoder.h"

int16_t Speed;      
int main(void){
  //环境配置
   OLED_Init();  
   Timer_Init();
   Encoder_Init();
   while(1){
     OLED_ShowSignedNum(1,5,Speed,5);   //现象：旋转一次计数器加4，因为上升沿、下降沿各两次
     //Delay_ms(1000);                      //测完旋转编码器的速度后，延时读秒，之后下一个循环CNT清零，可以通过时钟中断取代延时函数
   }    
   return 0;
}
//时钟中断,中断触发频率由TImer_Init中的ARR、PSC的值决定，频率执行配置
void TIM2_IRQHandler(void){
    if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update) == SET){
           Speed = Encoder_GetCounter();
           TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);
    }
}



#ifndef Encode_H
#define Encode_H
//编码器配置初始化
void Encoder_Init();
//获取计数值
int16_t Encoder_GetCounter();
#endif





#include "stm32f10x.h"
#include "OLED.h"
int16_t Encoder_Count;  //用于记录编码器旋转次数
//编码器配置初始化（旋转计数）
void Encoder_Init(){
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
  
    GPIO_InitTypeDef GI;
    GI.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GI.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GI.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GI);
  
    //内部时钟
    TIM_InternalClockConfig(TIM3);
  
    //时钟属性配置
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TI;
    TI.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TI.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TI.TIM_Period = 65536-1;   //ARR计数范围最大，方便换成负数
    TI.TIM_Prescaler = 1-1;   //1-1，不分频
    TI.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TI);
  
    //时钟的输入捕获通道配置(两个)
    TIM_ICInitTypeDef TIC;
    TIM_ICStructInit(&TIC);   //避免输入捕获某些属性配置失败，可以先配置默认属性
    TIC.TIM_Channel = TIM_Channel_1;  //通道1
    TIC.TIM_ICFilter = 0xF;
    TIC.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    TIM_ICInit(TIM3,&TIC); 
 
    TIM_ICStructInit(&TIC);   //避免输入捕获某些属性配置失败，可以先配置默认属性
    TIC.TIM_Channel = TIM_Channel_2;   //通道2
    TIC.TIM_ICFilter = 0xF;
    TIC.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    TIM_ICInit(TIM3,&TIC); 
    
    //编码器接口，配置为T1，T2都计数，非反相,配置极性
    TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3,TIM_EncoderMode_TI12,TIM_ICPolarity_Rising,TIM_ICPolarity_Rising);
    //时钟使能
    TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);       
    
}
//获取计数值
int16_t Encoder_GetCounter(){
   uint16_t Counter = TIM_GetCounter(TIM3);
   TIM_SetCounter(TIM3,0);  //获取CNT值后，清零
   return Counter;
}


//端口0中断处理函数
void EXTI0_IRQHandler(void){
     //获取中断标志位
     if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) == SET){ //触发中断后，端口为高电平
       if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_1) == 0){ //B下降沿，A低电平,正向旋转
          Encoder_Count++;
          OLED_ShowNum(2,1,Encoder_Count,16);
       }
       //清除标志位
       EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
    }
}

//端口1中断处理函数
void EXTI1_IRQHandler(void){
     //获取中断标志位
     if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) == SET){ //触发中断后，端口为高电平
        if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0)==0){  //A下降沿，B低电平，逆向旋转
           Encoder_Count--;
           OLED_ShowNum(2,1,Encoder_Count,16);
        }
       //清除标志位
       EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1);
    }
}

//定时器初始化，时钟中断更新频率设置为1s
//定时器初始化
void Timer_Init(void){
  // Enables or disables the Low Speed APB (APB1) peripheral clock.(外部时钟)
   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
  
   //(内部时钟)
   TIM_InternalClockConfig(TIM2);
  
   //基本定时器配置
  TIM_TimeBaseInitTypeDef BaseTI;
  BaseTI.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
  BaseTI.TIM_CounterMode =   TIM_CounterMode_Up; //向上计数法
  BaseTI.TIM_Prescaler = 7200-1;   //PSC，计数器(PSC大，ARR小，则定时器频率低，OV=C_PSC/PSC+1/ARR+1)
  BaseTI.TIM_Period = 10000-1;   //ARR，重定位值 ,(PSC小，ARR大，则定时器频率高) 
  BaseTI.TIM_RepetitionCounter = 0;    //Specifies the repetition counter value. Each time the RCR downcounterreaches zero, an update event is generated and counting restarts from the RCR value
  TIM_TimeBaseInit(TIM2,&BaseTI); 
  
  //由于时钟在初始化的时候，触发了一次更新事件使预分频器的值有效，所以要清除掉更新事件，避免后续计时器数值从一开始
  TIM_ClearFlag(TIM2,TIM_FLAG_Update);  
  
   //中断配置,由更新事件触发中断
  TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);
  
  //中断控制器
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  NVIC_InitTypeDef NI;
  NI.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
  NI.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NI.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
  NI.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;  
  NVIC_Init(&NI);
  
  //启动定时器
  TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
}

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最近在搜集数据要做分析&#xff0c;一般的数据来源是一手数据&#xff08;生产的&#xff09;和二手数据&#xff08;来自其他地方的&#xff09;。 今天我们爬取同花顺这个网站的数据。url为&#xff1a;https://data.10jqka.com.cn/ipo/xgsgyzq/ 话不多说直接上代码。有帮…
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前端框架前置知识之Node.js：fs模块、path模块、http模块、端口号介绍

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什么是模块&#xff1f; 类似插件&#xff0c;封装了方法 / 属性 fs 模块- 读写文件 代码示例 // 1. 加载 fs 模块对象 const fs require(fs) // 2. 写入文件内容 fs.writeFile(./test.txt, hello, Node.js, (err) > {if (err) console.log(err) //若 err不为空&#xf…
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