[嵌入式] 【嵌入式07】定时器&amp；PWM练习

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[嵌入式]【嵌入式07】定时器&amp；PWM练习

文章目录

一、串口定时点LED灯

之前作业中的延时功能都是通过循环、delay/Hal_delay函数等实现，本次作业通过定时器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。

1、定时器介绍

定时器（Timer）
人类最早使用的定时工具是沙漏或水漏，但在钟表诞生发展成熟之后，人们开始尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器，达到准确控制时间的目的。定时器确实是一项了不起的发明，使相当多需要人控制时间的工作变得简单了许多。人们甚至将定时器用在了军事方面，制成了定时炸弹，定时雷管。不少家用电器都安装了定时器来控制开关或工作时间。

定时器的种类有：接通延时型定时器、断开延时型定时器、保持型接通延时定时器、脉冲型定时器。

接通延时型定时器，接通延时型定时器是各种PLC中最常见最基本的定时器，这种定时器在SIEMENS的PLC中，称为SD型定时器。

断开延时型定时器，这种定时器是当输入条件00000为ON时无延时作用，只有在输入条件00000为OFF时产生延时作用。在SIEMENS的PLC中，称为SF型定时器。

保持型接通延时定时器，这种定时器是当输入条件00000为ON后，即产生锁存功能，即使输入条件00000又变为OFF，仍视输入条件为ON，当定时器的当前值等于设定值时，定时器动作，这种定时器在SIEMENS的PLC中，称为SS型定时器。

脉冲型定时器，这种定时器是当输入条件00000为ON后，定时器即时动作，但经过定时器所设定的时间后，即使输入条件00000仍为ON，定时器却变为OFF状态。即这种定时器ON状态的维持时间是由设定值决定的。如果00000为ON的时续时间小于定时器的设定值，定时器的ON状态维持时间为输入条件00000为ON的持续时间。这种定时器在SIEMENS的PLC中，称为SP型定时器。

通用定时器特点

位于ABP1低速总线上

16位向下，向上/向下(中心对齐模式)计数模式，自动重装载计数器(TIMx_CNT)

3.16位可编程(可以实现修改)预分频器(TIMx_PSC),计数器时钟频率的分频系数为1~65535任意数值

4.四个独立通道(TIMx_CH1~4),通道用来支持:
输入捕获、
输出比较、
PWM生成、
单脉冲模式输出

可使用外部信号(TIM_ETR)控制定时器和定时器互连的同步电路

定时功能：

定时/计数器说明（最高单次计时时间是71毫秒=65535*1.085us，1.085us是机器周期）：
在这里插入图片描述
设置定时寄存器的工作模式：

向上计数模式: 计数值从0计数到自动加载值(TIM_ARR)，产生一个计数溢出事件，然后重新从0开始计数

向下计数模式: 计数器从自动装入的值(TIM_ARR)开始向下计数到0，产生一个计数溢出事件，然后从计数装入值重新开始。

中央对齐模式: 计数器从O开始到(自动装入值-1)，产生计数溢出事件，然后向下计数到1，产生定时器溢出事件，然后从0开始计数。

2、电路连接

LED灯长脚——+极
LED灯短脚——A1
RXD——A9
TXD——A10
3.3v—— -极
在这里插入图片描述

3、HAL库建立

点击新建工程，然后选择需要的芯片，选择具体的芯片信息，然后点击start。

配置SYS、RRC
在这里插入图片描述

这里笔者选择PA1作为LED灯的输出，将其选为GPIO-OUT

配置定时器2和定时器3

在这里插入图片描述

配置中断

配置USART

时钟配置

设置项目名称、路径等，勾选下图的选项，然后点击创建项目。

4、编写代码

启动定时器：该函数表示启动相应的定时器，“h”表示HAL库，“tim2”表示定时器2。所以这行代码的意思就是启动定时器2和定时器3。

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);

串口通信：在main.c中定义STM32需要给上位机发送的消息，进行串口通信，将其放入后续的定时器中断回调函数

uint8_t hello[20]="hello windows！\r\n";
HAL_UART_Transmit(&huart1,hello,20,100000);

main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_NVIC_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
  uint8_t hello[20]="hello windows!\r\n";
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM2_Init();
  MX_TIM3_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  /* Initialize interrupts */
  MX_NVIC_Init();
	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);

  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief NVIC Configuration.
  * @retval None
  */
static void MX_NVIC_Init(void)
{
  /* TIM2_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 0, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);
  /* TIM3_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn, 0, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);
}

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	static uint32_t time_cnt =0;
	static uint32_t time_cnt3 =0;
	if(htim->Instance == TIM2)
	{
		if(++time_cnt >= 400)
		{
			time_cnt =0;
			HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,GPIO_PIN_1);
		}
	}
	if(htim->Instance == TIM3)
	{
		if(++time_cnt3 >= 1000)
		{
			time_cnt3 =0;
    HAL_UART_Transmit(&huart1,hello,20,100000);
		}
			
	}
}

/* USER CODE END 4 */
/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

5、烧录输出

在这里插入图片描述

串口通信和点灯

二、LED呼吸灯

使用TIM3和TIM4，分别输出一个PWM波形，PWM的占空比随时间变化，去驱动你外接的一个LED以及最小开发板上已焊接的LED（固定接在 PC13 GPIO端口），实现2个 LED呼吸灯的效果。

1、PWM介绍

PWM（Pulse Width Modulation）即脉冲宽度调制，简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术；它是一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。

基本原理：PWM就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也可以这样理解，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用 PWM 进行编码。

优点及应用范围：由于其控制简单、灵活和动态响应好等优点而成为电力电子技术应用最广泛的控制方式，其应用领域包括测量，通信，功率控制与变换，电动机控制、伺服控制、调光、开关电源，甚至某些音频放大器，因此学习PWM具有十分重要的现实意义。

PWM产生：STM32的定时器除了TIM6和7，其他的定时器都可以用来产生PWM输出。其中高级定时器TIM1和TIM8可以同时产生多达 7 路的 PWM 输出。而通用定时器也能同时产生多达 4路的 PWM 输出，这样，STM32 最多可以同时产生 30 路 PWM 输出。脉冲宽度调制模式可以产生一个由TIMx_ARR寄存器确定频率、由TIMx_CCRx寄存器确定占空比的信号。通用定时器产生PWM 的定时器框图如下：
在这里插入图片描述

2、电路连接

LED灯长脚——+极
LED灯短脚——A1
RXD——A9
TXD——A10
3.3v—— -极
在这里插入图片描述

3、HAL库建立

点击新建工程，然后选择需要的芯片，选择具体的芯片信息，然后点击start。

配置SYS、RRC
在这里插入图片描述

配置定时器2。如图，位置1选中定时器2；位置2选择时钟源为“Internal Clock”，通道2选择“PWM Generation CH2”

配置中断

配置USART

时钟配置

设置项目名称、路径等，勾选下图的选项，然后点击创建项目。
在这里插入图片描述

4、编写代码

定义一个变量，用来存储占空比：初值设为10.

uint16_t duty_num = 10;

开始TIM2的通道2，输出PWM。

HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2);

每隔50毫秒，占空比加10，如果超过500（也就是PWM周期），自动变成0.
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */
	HAL_Delay(50);
	duty_num = duty_num + 10;
	if(duty_num > 500)
	{
		duty_num = 0;
	}
	__HAL_TIM_SetCompare(&htim2,TIM_CHANNEL_2,duty_num);

}
main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */
uint16_t duty_num = 10;
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_NVIC_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM2_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  /* Initialize interrupts */
  MX_NVIC_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		HAL_Delay(50);
		duty_num = duty_num + 10;
		if(duty_num > 500)
		{
			duty_num = 0;
		}
		__HAL_TIM_SetCompare(&htim2,TIM_CHANNEL_2,duty_num);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief NVIC Configuration.
  * @retval None
  */
static void MX_NVIC_Init(void)
{
  /* TIM2_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 0, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

5、烧录输出

在这里插入图片描述

PWM呼吸灯

6、PWM输出波形

在这里插入图片描述

三、总结

定时器中断则是通过时钟定时计数达到设定值时触发中断，进行中断服务函数的处理任务，定时器中断相比软件延时更加准确，且不占用CPU资源，定时器中断实验中最重要还是要明白定时时间的计算原理和方法。通过在STM32上进行PWM的配置，我对于PWM产生原理和配置方法以及使用领域有了更加深刻的了解和认识，PWM对于我们学习和使用STM32以及其他单片机起着非常重要的作用。