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[嵌入式]定时器中断实现定时发送数据&灯的周期性亮灭

??在之前的博客学习中，通过Delay()函数进行延时，但是通过软件仿真，发现延时并不准确，在本次博客中介绍硬件延时——采用定时器进行延时，观察软件仿真以及硬件仿真的结果，最终会得出”硬件延时“十分准确！

在这里插入图片描述

一、【知识充电站】——定时器

Ⅰ.什么是定时器

??在STM32中，有基本定时器(Basic timer)、通用定时器(General-purpose timer)、高级定时器(Advanced-control timer)三类TIM定时器。

??基本定时器是16位的只能向上计数的定时器，只能用于定时。

??通用定时器和高级定时器有更多的功能：还可以进行输出比较、输入捕捉等功能。

定时器种类	位数	计数器模式	产生DMA请求	捕获/比较通道	互补输出	特殊应用场景
高级定时器	16	向上，向下，向上/下	可以	4	有	带可编程死区的互补输出
通用定时器	32	向上，向下，向上/下	可以	4	无	通用
通用定时器	16	向上，向下，向上/下	可以	4	无	通用定时计数，PWM输出，输入捕获，输出比较
通用定时器	16	向上	没有	2	无	通用
基本定时器	16	向上，向下，向上/下	可以	0	无	主要应用于驱动DAC(TIM 6,7 独有)

Ⅱ.STM32F103C8T6定时器功能

🎈在ST官网查找有关的芯片手册，根据下载的芯片手册中的目录(Contents)可以看到：

🎈SMT32F103系列共有11个定时器：2个高级定时器（TIM1,TIM8）；4个普通定时器(TIM2-TIM5)；2个基本定时器(TIM6、TIM7)；2个看门狗定时器；1个系统嘀嗒定时器。

定时器种类	位数	计数器模式	预分频	产生DMA请求	捕获/比较通道	互补输出
TIM1 TIM8	16位	向上向下向上/向下	1~65535之间的任意数	可以	4	有
TIM2 TIM3 TIM4 TIM5	16位	向上向下向上/向下	1~65535之间的任意数	可以	4	没有
TIM6 TIM7	16	向上	1~65535之间的任意数	0	可以	没有

Ⅲ.定时器的基本功能

??基本定时器就是单纯的定时计数器；通用定时器多了四个通道，相对应的增加了功能；高级定时器具有基本，通用定时器的所有的功能，并且添加了其他功能。

??🎨基本定时器功能（TIM6、TIM7）🎨

16位向上、向下、向上/下自动装载计数器
16位可编程(可以实时修改)预分频器，计数器时钟频率的分频系数为1～65535之间的任意数值
触发DAC的同步电路（此项是TIM6/7独有功能）
位于APB1总线上

??🎨通用定时器(TIM2~TIM5)的主要功能🎨

16位向上、向下、向上/下自动装载计数器
16位可编程(可以实时修改)预分频器，计数器时钟频率的分频系数为1～65535之间的任意数值
4 个独立通道（TIMx_CH1~4）可以用作：

🎈测量输入信号的脉冲长度( 输入捕获)
🎈 输出比较
🎈单脉冲模式输出
🎈PWM输出(边缘或中间对齐模式)

支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路
如下事件发生时产生中断/DMA：

🎈更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)
🎈触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)
🎈输入捕获
🎈输出比较

位于APB1总线上

??🎨 高级定时器（TIM1，TIM8）的主要功能： 🎨

高级定时器具有基本，通用定时器的所有的功能；
还具有控制交直流电动机所有的功能;
输出6路互补带死区的信号，刹车功能等等;
位于APB2总线上;

Ⅳ.STM32中APB1和APB2的区别

??结合时钟树来理解APB， Advanced Peripheral Bus：

??一般APB1和APB2上的时钟都是系统时钟经过 AHB(Advanced High performance Bus) Prescaler 分频得到 HCLK(High performance Bus Clock 高级高性能总线时钟)。

??HCLK 经过APB1 Prescaler 得到APB1时钟，而总线下TIMER的时钟源为APB1的2倍;

??HCLK 经过APB2 Prescaler 得到APB2时钟，而总线下TIMER的时钟源为APB2的2倍;

??AHB，是Advanced High performance Bus的缩写，译作高级高性能总线，这是一种 “系统总线” ，主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接。
??🎈时钟源🎈
??时钟需要时钟源来驱动。计数器时钟可以由下列时钟源提供：

内部时钟(CK_INT)
外部时钟模式1：外部捕捉比较引脚(TIx)
外部时钟模式2：外部触发输入(ETR) （仅适用于TIM 2,3,4）
内部触发输入(ITRx)：使用一个定时器作为另外一个定时器的预分频器（例如配置TimerA作为TimerB的预分频器）

??定时器一般框图如下：
在这里插入图片描述

Ⅴ.时钟周期计算

??时钟树结构如图所示：
在这里插入图片描述

??时钟树名词解释

在这里插入图片描述

??定时器的定时周期计算公式如下：

在这里插入图片描述
??psc ：为定时器预分频系数

??arr：自动重装载值

??Tclk：系统时钟频率

??因此，在已知定时时间后，可以根据该公式配置定时器预分频系数、自动重装载值。

二、小试牛刀

Ⅰ.【实验要求】

??通过定时器Timer方式实现时间的精准控制，相当于给CPU上了一个闹钟，CPU平时处理其它任务，当定时所需时间到了以后，处理定时相关的任务。请设置一个5秒的定时器，每隔5秒从串口发送“hello windows！”；同时设置一个2秒的定时器，让LED等周期性地闪烁。

Ⅱ.【实验器材】

??STM32Cubemx 、MDK、FlyMCU、USB-TTL、串口助手、STM32最小核心板、LED灯、若干杜邦线

Ⅲ.【实验步骤】

1.首先，通过Cubemx配置代码

??(1)配置时钟源RCC，选择高速时钟-“Crystal”
在这里插入图片描述
??（2）配置时钟树，时钟频率为72M，设置如下，选择锁相环；

??（3）配置定时器TIM2，用来控制LED亮灭。

??点击“TIM2”-Clock Source “Internal Clock”-之后求得分频率与重载值-“中断使能”。
在这里插入图片描述
??根据题目要求，灯每隔2s闪烁一次，根据之前知识充电站介绍的公式：
??其中，Tclk=72M，T=2s，求得其中的一种情况，psc=28800-1；arr=5000-1

??（4）配置定时器TIM3，用来控制串口输出。

??点击“TIM3”-Clock Source “Internal Clock”-之后求得分频率与重载值-“中断使能”。

??根据题目要求，串口每隔5s发送一次数据，根据之前知识充电站介绍的公式：在这里插入图片描述
??其中，Tclk=72M，T=5s，求得其中的一种情况，psc=28800-1；arr=5000-1

在这里插入图片描述

??（5）配置串口输出

??点击“Connectivity”-“USART1”-Mode “Asynchronous”-“中断使能`”。
在这里插入图片描述
??（5）配置GPI输出端口

??在本次实验中，采用PA1作为GPIO输出端口，控制灯的亮灭，并修改管脚名为“LED”
在这里插入图片描述

??（6）按照生成代码的规则，正常生成代码即可

2.之后，打开`第一步`生成的代码，修改代码

??（1)打开Cubemx生成的代码，找到.c文件
在这里插入图片描述
??（2）定义全局变量，代码如下：

/* USER CODE BEGIN 0 */
char c;//指令 0:停止  1:开始
char message[]="hello Windows！\n";//输出信息
/* USER CODE END 0 */

??（3）定时器中断使能

??在main函数之前中添加如下代码

  /* USER CODE BEGIN 2 */;

	 /*使能定时器2中断*/
     HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
		
		 /*使能定时器3中断*/
		HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);


  /* USER CODE END 2 */

??（4）编写中断回调函数，代码如下：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	 if (htim->Instance == TIM3)  //   if (htim == (&htim3))
   {
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&message, strlen(message),0xFFFF); 
	 }
	if(htim->Instance == TIM2)  /* tim2 2ms*/
	{
		HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin);//功能代码
	}
}

??（5）进行编译，编译成功！
在这里插入图片描述

3.最后，编译成功后，上板测试。

??（1）打开“Flymcu“软件，将hex文件烧录到单片机中。

??（2）将电路连接好，LED的高电平端接PA1，低电平端接地，USB-TTL与最小核心板连接起来

??（3）打开串口助手，同时观察灯的亮灭情况与串口助手发送数据的频率的关系

Ⅳ.软件仿真

??使用软件仿真，验证周期是否与设置的完全一致。

??软件仿真具体设置，可以转到答主之前的博客进行查看

??在本次软件仿真中，答主以GPIOA_1为例进行说明，因为GPIOA_1用来控制灯的亮灭，每个2s转化一次状态，也就是说在波形上观看一个周期相当于4s。

??波形图如下：
在这里插入图片描述
(起初波形设置太大，看不到完整波形）

从上述波形图中，不难发现，周期差不多为4s，有稍许误差！同理可得，串口发送数据周期为5s。

Ⅳ.硬件仿真

硬件连线如下：
在这里插入图片描述

硬件演示动图如下：

在这里插入图片描述

三、总结

??软件延时利用多个指令的执行来延时，累加每个指令的运行时间，来计算出延时的总时间。一般写成一个延时函数。如，以下是10ms软件延时。但是软件延时不精确（不同晶振参数也不一致），占用CPU时间

??硬件延时利用定时器/计数器芯片，或用微控制器内部的定时器/计数器，实际上，它就是对晶振的分频(分频系数可编程设置)，得到一个精确的低频的周期信号，用这个周期信号(比如10ms)去触发中断，每10ms调用一次定时中断服务程序。在定时中断服务程序中加入计数变量，就可以得到任意的定时了。在10ms没有到时，微控制器可以运行其它程序，10ms到时再自动进去中断服务程序以处理定时任务，不会像软件延时阻塞了。定时器延时精确（不同晶振可做一致调整），不占用cpu资源