сайт для палких паяльників

10. STM32. Программирование STM32F103. TIMER. Захват сигнала
(на русском языке)

Однією з типових задач для мікроконтролера є обробка вхідних сигналів. У STM32 з цією задачею досить вправно справляються таймери загального призначення. Але, перш ніж перейти до розглядання теми захоплення сигналу таймером, спочатку розглянемо ще один приклад, який є продовженням попередньої статті.

Робота з сонаром HC-SR04

У роботі з сонаром HC-SR04 використовується зовнішнє переривання. Докладніше із зовнішніми перериваннями познайомимося трохи пізніше. У цьому прикладі мікроконтролер посилає сонару імпульс (Trigger), який запускає вимірювання. Через деякий час сонар має “підняти” сигнал Echo – саме у цей момент починається відлік часу. А потім сонар сигнал Echo “опускає”. У цей момент вимірювання закінчується. З таймера зчитуються показник лічильника і, в залежності від виміряної довжини зворотного імпульсу Echo, вираховується відстань від сонара до перешкоди. Фактично, ми вимірюємо час між двома подіями. Ми це вже робили у попередній статті.

Діаграма сигналів HC-SR04:

ultrasonic- timing-diagram

Схема підключення сонара до тестової плати STM32F103C8:

STM32F103C8_Sonar

Текст програми для роботи з сонаром HC-SR04 можете скачати на сторінці з прикладами.

Я не даремно навів цей приклад, бо далі піде мова про захоплення сигналу таймером. Отже, вимірювання довжини імпульсу на вході мікроконтролера – це типова задача і таймери можуть вимірювати їх у більш простий спосіб, до того ж значно точніше і без використання зовнішніх переривань.

Захоплення сигналу

На ноги контролера виведено канали таймерів (Дивись TIMn_CH# ).
Де,
n – номер таймера
# – номер каналу.
Наприклад, TIM2_CH1 – перший канал таймеру TIM2.

STM32F103C8

Канали таймерів можуть працювати як входи (для роботи з вхідними сигналами), і як виходи, коли таймери генерують вихідні сигнали.

Ідея захоплення сигналу полягає у тому, що при зміні стану вхідного сигналу таймер зберігає у спеціальний регістр поточне значення лічильника і викликає переривання. Але це ще не все. Можна налаштувати дільник, щоб таймер реагував на кожний n-ний імпульс. Також можна налаштувати фільтр. Фільтр використовується коли сигнал зашумлений. Фільтр працює як зворотній лічильник. Тобто, коли на вході сигнал змінив стан, таймер віднімає від числа зазначеного у фільтрі одиницю і чекає наступної вибірки. Перевірка сигналу повторюється, доки лічильник не дорахує до нуля, і, якщо після цього сигнал залишився не змінним, тоді викликається переривання. Для наочності наведу діаграму. У ній сигнал має шуми і нам треба відфільтрувати ці шуми. На діаграмі зображена робота таймера без фільтра і з фільтром = 5.

ICFilter

Давайте розглянемо приклад розбору PPM сигналу. Якщо Ви не знаєте що таке PPM, це не біда. Це досить специфічна річ. Важливо зрозуміти, що PPM – періодичний сигнал з 8-ми посилок різної довжини. І нам треба виміряти час між кожним з 8-ми імпульсів. Після 8-ми імпульсів іде пауза. По ній ми будемо знати, що посилка з 8-ми імпульсів скінчилась. За нею іде наступна посилка. PPM сигнал виглядає так:

PPM_8channel

Я наведу код програми, а нижче – пояснення:

#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
    }
}

Роздивимось процедуру ініціалізації таймера TIM2. Спочатку іде стандартна ініціалізація таймера за допомогою структури TIM_TimeBaseInitTypeDef. Нам важливо знати, з якою частотою буде “цокати” таймер, тому обов’язково звертаємо увагу на частоту тактуваня і поділювач (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 вже потім налаштовуємо захоплення сигналу. Для цього використовується структура TIM_ICInitTypeDef. Вона має наступні параметри:

  • TIM_Channel – Номер каналу
  • TIM_ICPolarity – Визначає активний фронт вхідного сигналу. Тут невеличка засада. TIM_ICPolarity_BothEdge, тобто по наростаючому і спадаючому фронту у STM32F103C8 не спрацює. Або по на наростаючому або по спадаючому фронту. У даному випадку нас цілком влаштовує по фронту. На початку статті я не даремно навів приклад з зовнішніми перериваннями. Саме тому, що таймер саме нашого контролера можна налаштувати на захват або лише фронту або лише спаду, довелося шукати вихід, використовуючи зовнішні переривання.
  • TIM_ICSelection – Визначає вхід
  • TIM_ICPrescaler – Поділювач вхідного сигналу
  • TIM_ICFilter – Фільтр (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);

Вмикаємо переривання:

/* 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);

Що забули?. Звісно! Треба налаштувати ногу, на яку заведений другий канал другого таймера, на вхід:

/* 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);

Тепер, при надходженні фронту сигналу, таймер буде зберігати показник лічильника у спеціальний регістр і викликати переривання TIM2_IRQHandler, де буде вираховуватись час між імпульсами і зберігатися дані у масив 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);
	      // ...
	    }
	  }
}

І, поки ми будемо розбирати та вираховувати наші дані, таймер буде крокувати далі. Навіть, якщо наш контролер був зайнятий і обробив переривання з затримкою, за час якої таймер вже “пішов далі”, це не біда. Показник лічильника було відкладено до регістра і він очікує на обробку. Зчитується регістр функцією TIM_GetCapture2(). На відміну від наведеного на початку статті прикладу зі зовнішнім перериванням, цей метод є більш точним, бо на виклик переривання та зчитування показань таймера теж витрачається час. Інколи це буває досить критично. До того ж, не завжди обробка переривань може бути виконана негайно.

У випадку з сонаром використання захоплення сигналу може і не принести помітного ефекту, але при розборі PPM сигналу результати стали помітно менш зашумлені.

Бажаю успіхів!

Дивись також:

Translate
Архіви

© 2011-2018 Андрій Корягін, Кременчук - Київ, Україна