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[STM32] 无法控制输出脉冲?试试双定时器的强强联手

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呐咯密密|  楼主 | 2021-4-22 16:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
#申请原创# @21小跑堂
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如图,最近在逛论坛,看到几个帖子都在咨询如何控制单片机输出固定的数量的PWM脉冲,用于控制电机的转停,刚好前两天本人也需要该功能做测试,我是输出PWM给伺服电机驱动器,驱动器以位置模式工作,收到脉冲就控制电机转动,如果需要精确控制电机转过的角度,就需要给驱动器输入固定数量的脉冲。于是我便用STM32F031的双定时器实现了该功能,下文便详细描述。
我在进行代码编译之前也在网络上搜索过相应的方法,总结起来一共五个方法:

   1、单脉冲法,需要一个脉冲中断一次,中断次数多,影响效率

    2、一个定时器输出PWM,另一定时器使用输入捕获进行中断计数,与方法1一样,同样需要频繁的中断

    3、用主从定时器门控方式,比较繁琐

    4、用一个定时器(从)作为另一个定时器(主)的外部时钟触发源

    5、高级定时器T1、T8的重复计数方式,RCR计数中断,看手册好像这种方式最简单,能满足一部分人要求,缺点是寄存器只有8位,最多实现255个脉冲计数输出。

我在最初时使用了第2和方法,该方法对于我来说你叫简单,后来在写这篇文章时选择了第4个方法,总结起来还是4比较靠谱,但是这里的第2方法也描述一下,便于大家选择。

方法2:

因为条件限制,干脆说为了省事,我在原来用于其他功能的板子上进行测试,因为只开放了PB3和PB4,所以这里只好用TIM2和TIM3进行测试。

TIM2用于产生PWM脉冲输出,在输出给驱动器的同时将该脉冲也接到PB4,也就是TIM3的输入口,这样TIM3也能接收到TIM2发出的脉冲,TIM3只需要配置为输入捕获,并开启中断,便可以在每次脉冲到来进入中断,在TIM3的中断中去计数,达到需要的脉冲数便关闭TIM2便可。

首先依旧是初始化端口:

先贴一下time.h文件:

  1. /* 定义防止递归包含 ----------------------------------------------------------*/
  2. #ifndef _TIMER_H
  3. #define _TIMER_H

  4. /* 包含的头文件 --------------------------------------------------------------*/
  5. #include "stm32f0xx.h"


  6. /* 宏定义 --------------------------------------------------------------------*/
  7. #define TIM6_COUNTER_CLOCK        1000000                  //计数时钟(1M次/秒)
  8.                                                            //预分频值
  9. #define TIM6_PRESCALER_VALUE      (SystemCoreClock/TIM6_COUNTER_CLOCK - 1)
  10. #define TIM6_PERIOD_TIMING        (10 - 1)                 //定时周期(相对于计数时钟:1周期 = 1计数时钟)

  11. #define TIM2_COUNTER_CLOCK        24000000                 //计数时钟(24M次/秒)
  12.                                                            //预分频值
  13. #define TIM2_PRESCALER_VALUE      (SystemCoreClock/TIM2_COUNTER_CLOCK - 1)

  14. /* 函数申明 ------------------------------------------------------------------*/
  15. void Systick_Init(void);
  16. void Delay_ms(__IO uint32_t nTime);
  17. void TimingDelay_Decrement(void);
  18. void Delay(uint32_t temp);
  19. void delay_us(uint32_t nus);
  20. void delay_init();

  21. void TIMER_Initializes(void);

  22. void TIMDelay_N10us(uint16_t Times);
  23. void TIMDelay_Nms(uint16_t Times);
  24. void TIMDelay_Ns(uint16_t Times);

  25. void TIMER_PWM_GPIO_Configuration(void);
  26. void TIM2_CH2_PWM(uint32_t Freq, uint16_t Dutycycle);
  27. void TIMER_IC_Configuration(void);

  28. #endif /* _TIMER_H */
复制代码

因为我的时钟初始化是单独定义的,所以这里未进行时钟的初始化,在参考的我的代码时需注意:

  1. void TIMER_PWM_GPIO_Configuration(void)
  2. {
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  4.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;                          //TIM2引脚
  5.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;                       //复用模式
  6.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                  //高速输出
  7.   GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;                     //推完输出
  8.   GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;                       //上拉
  9.   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

  10.   GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_2);               //复用配置
  11.        
  12.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;                          //TIM3引脚
  13.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;                       //复用模式
  14.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                  //高速输出
  15.   GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;                     //推完输出
  16.   GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;                   //无上下拉(浮空)
  17.   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);       

  18.   GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_1);  
  19. }
复制代码

配置定时器2,TIM2作为PWM的脉冲输出:

  1. /************************************************
  2. 函数名称 : TIM2_CH2_PWM
  3. 功    能 : 定时器2通道2输出PWM
  4. 参    数 : Freq -------- 频率
  5.             Dutycycle --- 占空比
  6. 返 回 值 : 无
  7. 作    者 : 呐咯密密
  8. *************************************************/
  9. void TIM2_CH2_PWM(uint32_t Freq, uint16_t Dutycycle)
  10. {
  11.   TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
  12.   TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
  13.   uint16_t tim2_period;
  14.   uint16_t tim2_pulse;

  15.   tim2_period = (uint16_t)(TIM2_COUNTER_CLOCK/Freq - 1);             //计算出计数周期(决定输出的频率)
  16.   tim2_pulse  = (tim2_period + 1)*Dutycycle / 100;                   //计算出脉宽值(决定PWM占空比)

  17.   /* TIM2时基单元配置 */
  18.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = TIM2_PRESCALER_VALUE;        //预分频值
  19.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;        //向上计数模式
  20.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = tim2_period;                    //定时周期(自动从装载寄存器ARR的值)
  21.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;            //时钟分频因子
  22.   TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

  23.   /* TIM2通道2:PWM1模式配置 */
  24.   TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;                   //输出PWM1模式
  25.   TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;       //使能输出
  26.   TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = tim2_pulse;                         //脉宽值
  27.   TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;           //输出极性
  28.   TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

  29.   TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);
  30.   TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);
  31.   TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);                                             //初始化PWM。
  32. }
复制代码

配置定时器3,作为捕获输入:

  1. void TIMER_IC_Configuration(void)
  2. {
  3.   TIM_ICInitTypeDef  TIM_ICInitStructure;
  4.   TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

  5.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;                       //1分频(与捕获分频相同)
  6.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;        //向上计数模式
  7.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xFFFFFFFF;                     //定时周期(自动从装载寄存器ARR的值)
  8.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;            //时钟分频因子
  9.   TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

  10.   TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;                   //通道1
  11.   TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Falling;       //捕获极性
  12.   TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;    //捕获选择
  13.   TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;              //捕获分频
  14.   TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0;                              //捕获滤波
  15.   TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);

  16.   TIM3->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC1;                                  //清除中断标志
  17.   TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                                             //使能TIM3

  18.   TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, ENABLE);                            //使能中断
  19. }
复制代码

关于定时器的通道要根据手册定义来确定,我的只适配我的硬件。

这里需要着重说一下预分频TIM_Prescaler的值和捕获分频TIM_ICPrescaler的值要对应,在上面的代码中这两个值均为1,效果就是每来一个脉冲就会进一次中断。我们只需在中断里进行计数,想要几个脉冲就进中断几次,达到需要的脉冲数就关闭TIM2。如下所示:

配置中断:

  1. NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  2.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;                    //IRQ通道:定时器2
  3.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPriority = 0;
  4.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  5.         NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
复制代码
  1. void TIM3_IRQHandler(void)
  2. {
  3.   if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_CC1) != RESET)
  4.   {
  5.           TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_CC1);//先清空中断标志位,以备下次使用。
  6.           capture++;          
  7.           if(capture==16)
  8.           {
  9.                   /*每16个脉冲转动电机一次*/
  10.                         TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Disable);
  11.                         TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, DISABLE);
  12.                         TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
  13.                         TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);                       //失能TIM2
  14.                         TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, DISABLE);   //失能中断       
  15.                         capture=0;
  16.                   delay_us(5000);
  17.                          TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                       //失能TIM2
  18.                         TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, ENABLE);   //失能中断
  19.                         TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);
  20.                         TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);
  21.                         TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
  22.           }
  23.        
  24.           
  25.    
  26.   }
  27. }
  28. /*
复制代码

在TIM3的中断函数中,我们定义一个变量capture,每次进入中断该值会加一,进入16次中断,也就是有16个脉冲输入就会满足条件进入if()函数,关闭TIM2和TIM3,延时5000us后再打开这两个定时器,如此循环。可从示波器看现象:

40227608130490bb6d.png 704846081305720751.png

现在我们已经完成了对TIM2的输出固定个数脉冲的试验,但是这种方式每个脉冲都进一次中断太麻烦,于是可以修改预分频TIM_Prescaler的值为8-1,和捕获分频TIM_ICPrescaler的值为TIM_ICPSC_DIV8,便可8个脉冲进一次中断。

6481060813149190c6.png

此时也将中断函数里的判断条件改为1,进一次中断便会关闭定时器,我们接上示波器看看现象:

66748608131a3d7ebc.png

通过示波器我们可以看到,虽然只进了一次中断,但是我们却输出8个脉冲,以此可减少进入中断的次数。至此,通过TIM3的输入捕获控制PWM脉冲数的试验就完成了。

方法4:

方法4是利用主从定时器进行脉宽调制,不占用主时钟,在代码时间要求苛刻和多电机控制时非常实用,可以精准控制。

GPIO的初始化和上文保持不变,仅改变TIM的配置:

TIM2设置为主模式

  1. /***********************TIM2初始化函数*************************
  2. ****参数:****************************************************/
  3. /******u32 Cycle用于设定计数频率(计算公式:Cycle=1Mhz/目标频率)**
  4. ****返回值:**************************************************/
  5. /******无*****************************************************/
  6. void TIM2_config(uint32_t Cycle)
  7. {

  8.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
  9.     TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;


  10.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = Cycle-1;                 //使用Cycle来控制频率(f=48/(47+1)/Cycle)  当Cycle为100时脉冲频率为10KHZ                           
  11.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =47;                    //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值                                                     
  12.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //设置时钟分割:TDTS= Tck_tim            
  13.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
  14.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数,一定要=0!!!
  15.     TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);                                       

  16.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;                  //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1      
  17.     TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;     //比较输出使能
  18.     TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Cycle/2-1;                        //设置待装入捕获寄存器的脉冲值(占空比:默认50%,这可也可以调节如果需要的话将它作为一个参数传入即可)                                   
  19.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;          //输出极性      

  20.     TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);                        //使能通道2                                                

  21.     TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM2, TIM_MasterSlaveMode_Enable);    //设置为主从模式
  22.     TIM_SelectOutputTrigger(TIM2, TIM_TRGOSource_Update);            //选择定时器2的触发方式(使用更新事件作为触发输出)
  23.    

  24.     TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);               //使能通道2预装载寄存器               
  25.     TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);                             //使能TIM2在ARR上的预装载寄存器      

  26. }
复制代码

TIM3设置为从模式:

  1. /***********************TIM3初始化函数*************************/
  2. /****参数:****************************************************/
  3. /******u32 PulseNum用于设定脉冲数量****************************/
  4. /****返回值:*************************************************/
  5. /******无*****************************************************/

  6. void TIM3_config(uint32_t PulseNum)
  7. {
  8.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
  9.     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  10.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

  11.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = PulseNum-1; //设置自动重装载周期值
  12.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =0;   
  13.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;     
  14.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  
  15.     TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);  

  16.     TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_ITR1);
  17.     TIM_SelectSlaveMode(TIM3,TIM_SlaveMode_External1 );// 等同 TIM3->SMCR|=0x07 //设置从模式寄存器            
  18.     TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,DISABLE);


  19. }
复制代码

这里的TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_ITR1);是设置为内部触发,参数由手册进行获取:

22006081372c1c974.png

  1. /************************脉冲输出函数**************************/
  2. /****参数:****************************************************/
  3. /******u32 Cycle用于设定计数频率(计算公式:Cycle=1Mhz/目标频率)/
  4. /******u32 PulseNum用于设定输出脉冲的数量(单位:个)************/
  5. /****返回值:**************************************************/
  6. /******无*****************************************************/
  7. void Pulse_output(uint32_t Cycle,uint32_t PulseNum)
  8. {
  9.     TIM3_config(PulseNum);                        //设置脉冲数量
  10.     TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                        //使能TIM3(从定时器)
  11.     TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);    //清除中断标志位
  12.     TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE);    //使能更新中断
  13.     TIM2_config(Cycle);                            //使能定时器2(主定时器)
  14.    
  15.     TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);                        //使能定时器2
  16. //    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM2, ENABLE);           //高级定时器一定要加上,主输出使能
  17. }
复制代码
  1. void TIM3_IRQHandler(void)
  2. {
  3.     if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)     //TIM_IT_Update
  4.     {
  5.         TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);     // 清除中断标志位
  6.         TIM_CtrlPWMOutputs(TIM2, DISABLE);              //主输出使能
  7.         TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);                         //关闭定时器
  8.         TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);                         //关闭定时器
  9.         TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, DISABLE);     //关闭TIM2更新中断
  10.         
  11.     }
  12. }
复制代码

当TIM的CNT寄存器的值到达设定的Update值会触发更新中断,此时设定的脉冲数已输出完毕,关闭TIM2和TIM3.

主函数:

8321760813961551b1.png

78093608139d59d678.png

该代码本人均已调通,原理部分过于繁杂,这里以本人能力可能无法解释的清除,诸位可参考手册或网络获取相关讲解。

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21小跑堂 打赏了 150.00 元 2021-04-23
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Joy1Pp| | 2021-4-23 08:55 | 显示全部楼层
学习一下

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825cow| | 2021-4-25 09:21 | 显示全部楼层
看看帖子里藏了啥好东西~~~

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caizhiwei| | 2021-4-25 11:50 | 显示全部楼层
奖励150大洋,羡慕呀~
楼主加油~

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full_stack| | 2021-4-25 14:22 | 显示全部楼层
学习学习,看看隐藏内容

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lsjddddddd| | 2021-4-25 15:21 | 显示全部楼层
正好要使用这个

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Xing96| | 2021-4-25 17:39 | 显示全部楼层
学习学习~~~~~~·

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chuandaoxy| | 2021-4-25 22:20 | 显示全部楼层
不错的帖子

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hb2004| | 2021-4-26 08:31 | 显示全部楼层
好帖子,个人感觉这个效率要高点

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00750| | 2021-4-26 09:11 | 显示全部楼层
冲着150的赏金进来看看

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xcf8415| | 2021-4-26 10:50 | 显示全部楼层
不错的帖子

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LIzs6| | 2021-4-26 11:12 | 显示全部楼层
很棒的帖子,学习到了

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lanl| | 2021-4-27 09:56 | 显示全部楼层
刚好用得到,感谢楼主大大

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fxyc87| | 2021-4-28 11:01 | 显示全部楼层
内部有连接的,还要外部引脚相连?
我用的内部链接,一个发脉冲,内部定时器自动计数,无中断,只有快到减速位置时中断10次,10次来减速直到停止,加速同样中断10次,中间不中断。

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goyhuan| | 2021-4-28 18:36 | 显示全部楼层
控制步进电机很有用

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abin0415| | 2021-4-29 11:11 | 显示全部楼层
奔着150 大洋的奖励来的

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245976404| | 2021-5-3 13:56 | 显示全部楼层
很好的帖子,学习

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qq147735456| | 2021-5-6 16:49 | 显示全部楼层
150的帖应该有料

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yanlaisheng| | 2021-5-13 18:47 | 显示全部楼层
怎么实现加减速控制啊?

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penguin008| | 2021-5-13 21:07 | 显示全部楼层
很好的思路,学习了

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