10. STM32. Программирование STM32F103. TIMER. Захват сигнала

03.09.2016

Одной из типичных задач для микроконтроллера является обработка входных сигналов. STM32 с этой задачей довольно ловко справляются с помощью таймера общего назначения. Но, прежде чем перейти к рассмотрению темы захвата сигнала таймером, сначала рассмотрим еще один пример, который является продолжением предыдущей статьи.

Работа с сонаром HC-SR04

Діаграма сигналів HC-SR04:

В работе с сонаром HC-SR04 используется внешнее прерывание. Подробнее с внешними прерываниями познакомимся чуть позже. В этом примере микроконтроллер посылает сонару импульс (Trigger), который запускает измерение. Через некоторое время сонар должен "поднять" сигнал Echo - именно в этот момент начинается отсчет времени. А потом сонар сигнал Echo "опускает". В этот момент измерения заканчивается. С таймера считывается показатель счетчика и, в зависимости от измеренной длительности обратного импульса Echo, рассчитывается расстояние от сонара до препятствия. Фактически, мы измеряем время между двумя событиями. Мы это уже делали в предыдущей статье.

Диаграмма сигналов HC-SR04:

Схема подключения сонара к тестовой плате STM32F103C8:

Текст программы для работы с сонаром HC-SR04 можете скачать на странице с примерами.

Я не зря привел этот пример, потому что дальше пойдет речь о захвате сигнала таймером. Итак, измерения длины импульса на входе микроконтроллера - это типичная задача и счетчики измерять их в более простой способ, к тому же значительно точнее и без использования внешних прерываний.

Захват сигнала

На ноги контроллера выведены каналы таймеров (Смотри TIMn_CH #). где, n - номер таймера # - номер канала. Например, TIM2_CH1 - первый канал таймера TIM2.

Каналы таймеров могут работать как входы (для работы с входными сигналами), и как выходы, когда таймеры генерируют выходные сигналы.

Идея захвата сигнала состоит в том, что при изменении состояния входного сигнала таймер сохраняет в специальный регистр текущее значение счетчика и вызывает прерывание. Но это еще не все. Можно настроить делитель, чтобы таймер реагировал только на каждый n-ный импульс. Также можно настроить фильтр. Фильтр используется когда сигнал зашумлённый. Фильтр работает как обратный счетчик. То есть, когда на входе сигнал изменил состояние, таймер отнимает от числа указанного в фильтре единицу и ждет следующей выборки. Проверка сигнала повторяется, пока счетчик не досчитает к нулю, и, если после этого сигнал остался стабильным -викликаеться прерывания. Для наглядности приведу диаграмму. В ней сигнал имеет шумы и нам надо отфильтровать эти шумы. На диаграмме изображена работа таймера без фильтра и с фильтром = 5.

Давайте рассмотрим пример разбора PPM сигнала. Если Вы не знаете что такое PPM, это не беда. Это довольно специфическая вещь. Важно понять, что PPM - периодический сигнал с 8-ми посылок различной длины. И нам надо измерить время между каждым из 8-ми импульсов. После 8-ми импульсов идет пауза. По ней мы будем знать, что посылка с 8-ми импульсов закончилась. За ней следует следующая посылка. PPM сигнал выглядит так:

Я приведу код программы, а ниже - объяснение:


#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "stm32f10x_tim.h"

void SetSysClockTo72(void)
{
	ErrorStatus HSEStartUpStatus;
    /* SYSCLK, HCLK, PCLK2 and PCLK1 configuration -----------------------------*/
    /* RCC system reset(for debug purpose) */
    RCC_DeInit();

    /* Enable HSE */
    RCC_HSEConfig( RCC_HSE_ON);

    /* Wait till HSE is ready */
    HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

    if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)
    {
        /* Enable Prefetch Buffer */
    	//FLASH_PrefetchBufferCmd( FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

        /* Flash 2 wait state */
        //FLASH_SetLatency( FLASH_Latency_2);

        /* HCLK = SYSCLK */
        RCC_HCLKConfig( RCC_SYSCLK_Div1);

        /* PCLK2 = HCLK */
        RCC_PCLK2Config( RCC_HCLK_Div1);

        /* PCLK1 = HCLK/2 */
        RCC_PCLK1Config( RCC_HCLK_Div2);

        /* PLLCLK = 8MHz * 9 = 72 MHz */
        RCC_PLLConfig(0x00010000, RCC_PLLMul_9);

        /* Enable PLL */
        RCC_PLLCmd( ENABLE);

        /* Wait till PLL is ready */
        while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
        {
        }

        /* Select PLL as system clock source */
        RCC_SYSCLKConfig( RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

        /* Wait till PLL is used as system clock source */
        while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
        {
        }
    }
    else
    { /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock configuration.
     User can add here some code to deal with this error */

        /* Go to infinite loop */
        while (1)
        {
        }
    }
}


volatile uint16_t PPMBuffer[] = {0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000};
volatile uint8_t PPMi = 0;
volatile uint16_t PPMValue_Prev, PPMValue;

void ppm_init() {

	GPIO_InitTypeDef gpio_cfg;
	GPIO_StructInit(&gpio_cfg);

	/* Timer TIM2, channel 1 */
	  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	  //gpio_cfg.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	  gpio_cfg.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	  gpio_cfg.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	  GPIO_Init(GPIOA, &gpio_cfg);

	  /* Timer TIM2 enable clock */
	  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

	  /* Timer TIM2 settings */
	  TIM_TimeBaseInitTypeDef timer_base;
	  TIM_TimeBaseStructInit(&timer_base);
	  timer_base.TIM_Prescaler = 72;
	  TIM_TimeBaseInit(TIM2, &timer_base);

	  /* Signal capture settings:
	   - Channel: 1
	   - Count: Up
	   - Source: Input
	   - Divider: Disable
	   - Filter: Disable */
	  TIM_ICInitTypeDef timer_ic;
	  timer_ic.TIM_Channel = TIM_Channel_2;
	  //timer_ic.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_BothEdge; # !!! BothEdge not supported
	  timer_ic.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
	  timer_ic.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
	  timer_ic.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
	  timer_ic.TIM_ICFilter = 0;
	  TIM_ICInit(TIM2, &timer_ic);

	  /* Enable Interrupt by overflow */
	  TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_CC2, ENABLE);
	  /* Timer TIM2 Enable */
	  TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
	  /* Enable Interrupt of Timer TIM2 */
	  NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);
}

void TIM2_IRQHandler(void){
	volatile uint16_t PPM;

	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC2) != RESET)
	  {
	    /* Reset flag */
	    TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC2);

	    PPMValue_Prev = PPMValue;
	    PPMValue = TIM_GetCapture2(TIM2);
	    PPM = (PPMValue >= PPMValue_Prev) ? (PPMValue - PPMValue_Prev) : (UINT16_MAX - PPMValue_Prev + PPMValue);
	    if (PPM < 3000) { // Pause
	    	PPMBuffer[PPMi] = PPM;
	    	PPMi++;
		    if (PPMi > 7) {
		    	PPMi = 0;
		    }
	    }
	    else {
	    	PPMi = 0;
	    }

	    /* over-capture */
	    if (TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_CC2OF) != RESET)
	    {
	      TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_CC2OF);
	      // ...
	    }
	  }
}

int main(void)
{
	SetSysClockTo72();
	ppm_init();

    while(1)
    {
    	// You can read PPM data from array PPMBuffer
    	// For example: PPMBuffer[n]; n - number of channel 0..7
    }
}

Рассмотрим процедуру инициализации таймера TIM2. Сначала идет стандартная инициализация таймера с помощью структуры TIM_TimeBaseInitTypeDef. Нам важно знать, с какой частотой будет работать таймер, поэтому обязательно обращаем внимание на частоту тактирования и делитель (TIM_Prescaler):


/* Timer TIM2 enable clock */
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

/* Timer TIM2 settings */
TIM_TimeBaseInitTypeDef timer_base;
TIM_TimeBaseStructInit(&timer_base);
timer_base.TIM_Prescaler = 72;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &timer_base);

А уже потом настраиваем захвата сигнала. Для этого используется структура TIM_ICInitTypeDef. Она имеет следующие параметры:

TIM_Channel - номер канала
TIM_ICPolarity - определяет активный фронт входного сигнала. Здесь небольшая засада. TIM_ICPolarity_BothEdge, то есть по нарастающему и убыванию фронта в STM32F103C8 не сработает. Или по на нарастающем или по убыванию фронта. В данном случае нас вполне устраивает по фронту. В начале статьи я не зря привел пример с внешними прерываниями. Именно потому, что таймер именно нашего контроллера можно настроить на захват или только фронта или только спада, пришлось искать выход, используя внешние прерывания.
TIM_ICSelection - определяет вход
TIM_ICPrescaler - делитель входного сигнала
TIM_ICFilter - Фильтр (0x0 ... 0xF)


/* Signal capture settings:
- Channel: 1
- Count: Up
- Source: Input
- Divider: Disable
- Filter: Disable */
TIM_ICInitTypeDef timer_ic;
timer_ic.TIM_Channel = TIM_Channel_2;
//timer_ic.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_BothEdge; # !!! BothEdge not supported
timer_ic.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
timer_ic.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
timer_ic.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
timer_ic.TIM_ICFilter = 0;
TIM_ICInit(TIM2, &timer_ic);

Включаем прерывания:


/* Enable Interrupt by overflow */
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_CC2, ENABLE);
/* Timer TIM2 Enable */
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
/* Enable Interrupt of Timer TIM2 */
NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);

Что забыли? .. Конечно! Надо настроить ногу как вход, на которую заведен второй канал второго таймера:


/* Timer TIM2, channel 1 */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//gpio_cfg.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
gpio_cfg.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
gpio_cfg.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_Init(GPIOA, &gpio_cfg);

Теперь, по переднему фронту сигнала, таймер будет сохранять показание счетчика в специальный регистр и вызвать прерывание TIM2_IRQHandler, где будет высчитываться время между импульсами и сохраняться в массив PPMBuffer:


void TIM2_IRQHandler(void){
	volatile uint16_t PPM;

	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC2) != RESET)
	  {
	    /* Reset flag */
	    TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC2);

	    PPMValue_Prev = PPMValue;
	    PPMValue = TIM_GetCapture2(TIM2);
	    PPM = (PPMValue >= PPMValue_Prev) ? (PPMValue - PPMValue_Prev) : (UINT16_MAX - PPMValue_Prev + PPMValue);
	    if (PPM < 3000) { // it was before 10000
	    	PPMBuffer[PPMi] = PPM;
	    	PPMi++;
		    if (PPMi > 7) {
		    	PPMi = 0;
		    }
	    }
	    else {
	    	PPMi = 0;
	    }

	    /* over-capture */
	    if (TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_CC2OF) != RESET)
	    {
	      TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_CC2OF);
	      // ...
	    }
	  }
}

И, пока мы будем разбирать и высчитывать наши данные, таймер будет шагать дальше. Даже если наш контроллер был занят и обработает прерывания с задержкой, а за это время таймер уже "пошел дальше", это не беда. Значение счетчика было отложено в регистр и ожидает обработку. Считывается регистр функцией TIM_GetCapture2(). В отличие от приведенного в начале статьи примеру с внешним прерыванием, этот метод является более точным, так как на вызов прерывания и считывания показаний таймера тратится время. Иногда это бывает довольно критично. К тому же, не всегда обработка прерываний может быть выполнена немедленно.

В случае с сонаром использования захвата сигнала может и не принести заметного эффекта, но при разборе PPM сигнала результаты стали заметно стабильнее.

Желаю успехов!

Смотри также:

Коментарі:

Юрий говорить:

11.02.2020 21:24

Не подскажетп, каа с помощью режима захвата декодить RC5? Голову уже сломал....

10. STM32. Программирование STM32F103. TIMER. Захват сигнала

Работа с сонаром HC-SR04

Захват сигнала

Додати коментар

Категорії

Недавні записи

Tags

Архіви