[STM32] 無法控制輸出脈沖？試試雙定時器的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手

PCBQA · 發(fā)表于 2022-7-16 07:35:18

如圖，最近在逛論壇，看到幾個帖子都在咨詢?nèi)绾慰刂茊纹瑱C(jī)輸出固定的數(shù)量的PWM脈沖，用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)停，剛好前兩天本人也需要該功能做測試，我是輸出PWM給伺服電機(jī)驅(qū)動器，驅(qū)動器以位置模式工作，收到脈沖就控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，如果需要精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度，就需要給驅(qū)動器輸入固定數(shù)量的脈沖。于是我便用STM32F031的雙定時器實現(xiàn)了該功能，下文便詳細(xì)描述。
我在進(jìn)行代碼編譯之前也在網(wǎng)絡(luò)上搜索過相應(yīng)的方法，總結(jié)起來一共五個方法：
1、單脈沖法，需要一個脈沖中斷一次，中斷次數(shù)多，影響效率
2、一個定時器輸出PWM，另一定時器使用輸入捕獲進(jìn)行中斷計數(shù)，與方法1一樣，同樣需要頻繁的中斷
3、用主從定時器門控方式，比較繁瑣
4、用一個定時器(從)作為另一個定時器(主)的外部時鐘觸發(fā)源
5、高級定時器T1、T8的重復(fù)計數(shù)方式，RCR計數(shù)中斷，看手冊好像這種方式最簡單，能滿足一部分人要求，缺點是寄存器只有8位，最多實現(xiàn)255個脈沖計數(shù)輸出。
我在最初時使用了第2和方法，該方法對于我來說你叫簡單，后來在寫這篇文章時選擇了第4個方法，總結(jié)起來還是4比較靠譜，但是這里的第2方法也描述一下，便于大家選擇。
方法2：
因為條件限制，干脆說為了省事，我在原來用于其他功能的板子上進(jìn)行測試，因為只開放了PB3和PB4，所以這里只好用TIM2和TIM3進(jìn)行測試。
TIM2用于產(chǎn)生PWM脈沖輸出，在輸出給驅(qū)動器的同時將該脈沖也接到PB4,也就是TIM3的輸入口，這樣TIM3也能接收到TIM2發(fā)出的脈沖，TIM3只需要配置為輸入捕獲，并開啟中斷，便可以在每次脈沖到來進(jìn)入中斷，在TIM3的中斷中去計數(shù)，達(dá)到需要的脈沖數(shù)便關(guān)閉TIM2便可。
首先依舊是初始化端口：
先貼一下time.h文件：
/* 定義防止遞歸包含 ----------------------------------------------------------*/
#ifndef _TIMER_H
#define _TIMER_H
/* 包含的頭文件 --------------------------------------------------------------*/
#include "stm32f0xx.h"
/* 宏定義 --------------------------------------------------------------------*/
#define TIM6_COUNTER_CLOCK 1000000 //計數(shù)時鐘(1M次/秒)
//預(yù)分頻值
#define TIM6_PRESCALER_VALUE (SystemcoreClock/TIM6_COUNTER_CLOCK - 1)
#define TIM6_PERIOD_TIMING (10 - 1) //定時周期(相對于計數(shù)時鐘:1周期 = 1計數(shù)時鐘)
#define TIM2_COUNTER_CLOCK 24000000 //計數(shù)時鐘(24M次/秒)
//預(yù)分頻值
#define TIM2_PRESCALER_VALUE (SystemCoreClock/TIM2_COUNTER_CLOCK - 1)
/* 函數(shù)申明 ------------------------------------------------------------------*/
void Systick_Init(void);
void Delay_ms(__IO uint32_t nTime);
void TimingDelay_Decrement(void);
void Delay(uint32_t temp);
void delay_us(uint32_t nus);
void delay_init();
void TIMER_Initializes(void);
void TIMDelay_N10us(uint16_t Times);
void TIMDelay_Nms(uint16_t Times);
void TIMDelay_Ns(uint16_t Times);
void TIMER_PWM_GPIO_Configuration(void);
void TIM2_CH2_PWM(uint32_t Freq, uint16_t Dutycycle);
void TIMER_IC_Configuration(void);
#endif /* _TIMER_H */
復(fù)制代碼
因為我的時鐘初始化是單獨定義的，所以這里未進(jìn)行時鐘的初始化，在參考的我的代碼時需注意：
void TIMER_PWM_GPIO_Configuration(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; //TIM2引腳
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //復(fù)用模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //高速輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推完輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_2); //復(fù)用配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4; //TIM3引腳
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //復(fù)用模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //高速輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推完輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; //無上下拉(浮空)
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_1);
}
復(fù)制代碼
配置定時器2，TIM2作為PWM的脈沖輸出：
/************************************************
函數(shù)名稱： TIM2_CH2_PWM
功能：定時器2通道2輸出PWM
參數(shù) ： Freq -------- 頻率
Dutycycle --- 占空比
返回值：無
作者：吶咯密密
*************************************************/
void TIM2_CH2_PWM(uint32_t Freq, uint16_t Dutycycle)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
uint16_t tim2_period;
uint16_t tim2_pulse;
tim2_period = (uint16_t)(TIM2_COUNTER_CLOCK/Freq - 1); //計算出計數(shù)周期(決定輸出的頻率)
tim2_pulse = (tim2_period + 1)*Dutycycle / 100; //計算出脈寬值(決定PWM占空比)
/* TIM2時基單元配置 */
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = TIM2_PRESCALER_VALUE; //預(yù)分頻值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上計數(shù)模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = tim2_period; //定時周期(自動從裝載寄存器ARR的值)
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //時鐘分頻因子
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
/* TIM2通道2:PWM1模式配置 */
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //輸出PWM1模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //使能輸出
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = tim2_pulse; //脈寬值
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //輸出極性
TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);
TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); //初始化PWM。
}
復(fù)制代碼
配置定時器3，作為捕獲輸入：
void TIMER_IC_Configuration(void)
{
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1; //1分頻(與捕獲分頻相同)
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上計數(shù)模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xFFFFFFFF; //定時周期(自動從裝載寄存器ARR的值)
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //時鐘分頻因子
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //通道1
TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Falling; //捕獲極性
TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //捕獲選擇
TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //捕獲分頻
TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0; //捕獲濾波
TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
TIM3->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC1; //清除中斷標(biāo)志
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIM3
TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, ENABLE); //使能中斷
}
復(fù)制代碼
關(guān)于定時器的通道要根據(jù)手冊定義來確定，我的只適配我的硬件。
這里需要著重說一下預(yù)分頻TIM_Prescaler的值和捕獲分頻TIM_ICPrescaler的值要對應(yīng)，在上面的代碼中這兩個值均為1，效果就是每來一個脈沖就會進(jìn)一次中斷。我們只需在中斷里進(jìn)行計數(shù)，想要幾個脈沖就進(jìn)中斷幾次，達(dá)到需要的脈沖數(shù)就關(guān)閉TIM2。如下所示：
配置中斷：
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; //IRQ通道:定時器2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
復(fù)制代碼void TIM3_IRQHandler(void)
{
if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_CC1) != RESET)
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_CC1);//先清空中斷標(biāo)志位，以備下次使用。
capture++;
if(capture==16)
{
/*每16個脈沖轉(zhuǎn)動電機(jī)一次*/
TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Disable);
TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, DISABLE);
TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
TIM_Cmd(TIM3, DISABLE); //失能TIM2
TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, DISABLE); //失能中斷
capture=0;
delay_us(5000);
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //失能TIM2
TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, ENABLE); //失能中斷
TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);
TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
}
}
/*
復(fù)制代碼
在TIM3的中斷函數(shù)中，我們定義一個變量capture，每次進(jìn)入中斷該值會加一，進(jìn)入16次中斷，也就是有16個脈沖輸入就會滿足條件進(jìn)入if()函數(shù)，關(guān)閉TIM2和TIM3，延時5000us后再打開這兩個定時器，如此循環(huán)�？蓮�示波器看現(xiàn)象：

現(xiàn)在我們已經(jīng)完成了對TIM2的輸出固定個數(shù)脈沖的試驗，但是這種方式每個脈沖都進(jìn)一次中斷太麻煩，于是可以修改預(yù)分頻TIM_Prescaler的值為8-1，和捕獲分頻TIM_ICPrescaler的值為TIM_ICPSC_DIV8，便可8個脈沖進(jìn)一次中斷。

此時也將中斷函數(shù)里的判斷條件改為1，進(jìn)一次中斷便會關(guān)閉定時器，我們接上示波器看看現(xiàn)象：

通過示波器我們可以看到，雖然只進(jìn)了一次中斷，但是我們卻輸出8個脈沖，以此可減少進(jìn)入中斷的次數(shù)。至此，通過TIM3的輸入捕獲控制PWM脈沖數(shù)的試驗就完成了。
方法4：
方法4是利用主從定時器進(jìn)行脈寬調(diào)制，不占用主時鐘，在代碼時間要求苛刻和多電機(jī)控制時非常實用，可以精準(zhǔn)控制。
GPIO的初始化和上文保持不變，僅改變TIM的配置：
TIM2設(shè)置為主模式
/***********************TIM2初始化函數(shù)*************************
****參數(shù)：****************************************************/
/******u32 Cycle用于設(shè)定計數(shù)頻率(計算公式：Cycle=1Mhz/目標(biāo)頻率)**
****返回值：**************************************************/
/******無*****************************************************/
void TIM2_config(uint32_t Cycle)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = Cycle-1; //使用Cycle來控制頻率(f=48/(47+1)/Cycle) 當(dāng)Cycle為100時脈沖頻率為10KHZ
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =47; //設(shè)置用來作為TIMx時鐘頻率除數(shù)的預(yù)分頻值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //設(shè)置時鐘分割：TDTS= Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上計數(shù)模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; //重復(fù)計數(shù)，一定要=0!!!
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //選擇定時器模式：TIM脈沖寬度調(diào)制模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比較輸出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Cycle/2-1; //設(shè)置待裝入捕獲寄存器的脈沖值(占空比：默認(rèn)50%，這可也可以調(diào)節(jié)如果需要的話將它作為一個參數(shù)傳入即可)
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //輸出極性
TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); //使能通道2
TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM2, TIM_MasterSlaveMode_Enable); //設(shè)置為主從模式
TIM_SelectOutputTrigger(TIM2, TIM_TRGOSource_Update); //選擇定時器2的觸發(fā)方式(使用更新事件作為觸發(fā)輸出)
TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); //使能通道2預(yù)裝載寄存器
TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE); //使能TIM2在ARR上的預(yù)裝載寄存器
}
復(fù)制代碼
TIM3設(shè)置為從模式：
/***********************TIM3初始化函數(shù)*************************/
/****參數(shù)：****************************************************/
/******u32 PulseNum用于設(shè)定脈沖數(shù)量****************************/
/****返回值：*************************************************/
/******無*****************************************************/
void TIM3_config(uint32_t PulseNum)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = PulseNum-1; //設(shè)置自動重裝載周期值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_ITR1);
TIM_SelectSlaveMode(TIM3,TIM_SlaveMode_External1 );// 等同 TIM3->SMCR|=0x07 //設(shè)置從模式寄存器
TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,DISABLE);
}
復(fù)制代碼
這里的TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_ITR1);是設(shè)置為內(nèi)部觸發(fā)，參數(shù)由手冊進(jìn)行獲�。�

/************************脈沖輸出函數(shù)**************************/
/****參數(shù)：****************************************************/
/******u32 Cycle用于設(shè)定計數(shù)頻率(計算公式：Cycle=1Mhz/目標(biāo)頻率)/
/******u32 PulseNum用于設(shè)定輸出脈沖的數(shù)量(單位：個)************/
/****返回值：**************************************************/
/******無*****************************************************/
void Pulse_output(uint32_t Cycle,uint32_t PulseNum)
{
TIM3_config(PulseNum); //設(shè)置脈沖數(shù)量
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIM3(從定時器)
TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update); //清除中斷標(biāo)志位
TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE); //使能更新中斷
TIM2_config(Cycle); //使能定時器2(主定時器)
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); //使能定時器2
// TIM_CtrlPWMOutputs(TIM2, ENABLE); //高級定時器一定要加上，主輸出使能
}
復(fù)制代碼void TIM3_IRQHandler(void)
{
if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //TIM_IT_Update
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update); // 清除中斷標(biāo)志位
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM2, DISABLE); //主輸出使能
TIM_Cmd(TIM2, DISABLE); //關(guān)閉定時器
TIM_Cmd(TIM3, DISABLE); //關(guān)閉定時器
TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, DISABLE); //關(guān)閉TIM2更新中斷
}
}
復(fù)制代碼
當(dāng)TIM的CNT寄存器的值到達(dá)設(shè)定的Update值會觸發(fā)更新中斷，此時設(shè)定的脈沖數(shù)已輸出完畢，關(guān)閉TIM2和TIM3.
主函數(shù)：