合宙AIR105(三): 定時器, 定時器中斷和PWM輸出

来源:https://www.cnblogs.com/milton/archive/2022/06/18/16389098.html
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Air105 有 1 個 Timer 單元，包含 8 個獨立定時器: Timer0 到 Time7, 8 個定時器中斷源獨立，每個定時器單獨占 1 個中斷源, 使用 PCLK 時鐘頻率作為定時器計時鐘源, 定時器採用向下計數方式. 每個 Timer 單元定時器都支持 PWM 模式, PWM 模式最高... ...


目錄

Air105 的 Timer

定時器

  • 1 個 Timer 單元，包含 8 個獨立定時器: Timer0 - Time7
  • 8 個定時器中斷源獨立，每個定時器單獨占 1 個中斷源
  • 使用 PCLK 時鐘頻率作為定時器計時鐘源
  • 定時器採用向下計數方式

定時器的兩種運行模式

  • user-defined: 定時器計數值載入TimerNLoadCount寄存器設定值, 使用用戶模式可以產生固定時間的定時器中斷
  • free-runing: 定時器計數值會載入其允許的最大值, 即0xFFFFFFFF. 在定時器產生中斷(計數到0)前, 用戶可以再編程或禁止定時器中斷. 使用這個模式, 定時器只產生1次中斷, 中斷產生後計數重置為 0xFFFFFFFF 並向下計數, 但不會再產生中斷.

PWM

  • 每個 Timer 單元定時器都支持 PWM 模式
  • PWM 模式最高頻率 PCLK/2
  • PWM 單次觸發（one shot）功能

定時器相關代碼

以下代碼基於 air105_project https://gitee.com/iosetting/air105_project 的庫函數

定時器模塊結構

在Air105中, 全局只有一個定時器模塊, TIMM0

typedef struct
{
    TIM_TypeDef TIM[TIM_NUM];
    __I  uint32_t TIM_IntStatus;
    __I  uint32_t TIM_EOI;
    __I  uint32_t TIM_RawIntStatus;
    __I  uint32_t TIM_Comp;
    __IO uint32_t TIM_ReloadCount[TIM_NUM];
} TIM_Module_TypeDef;

這個 TIMM0 的地址定義在 air105.h 中

#define TIMM0                                   ((TIM_Module_TypeDef *)TIMM0_BASE)

#define AIR105_PERIPH_BASE                      (0x40000000UL)   /*!< (Peripheral) Base Address */
#define AIR105_APB0_BASE                        (AIR105_PERIPH_BASE + 0x10000)
#define TIMM0_BASE                              (AIR105_APB0_BASE + 0x3000)
  • 地址 = 0x40000000UL + 0x10000 + 0x3000 = 0x4001 3000
  • 範圍 [0x4001_3000, 0x4001_3FFF]

定時器初始化

定時器的初始化只需要兩個參數: TIMx, 周期(時鐘數), 為配合定時器使用, 還需要定義中斷

void Timer_Init(void)
{
    TIM_InitTypeDef TIM_InitStruct;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 開啟定時器的外設時鐘
    SYSCTRL_APBPeriphClockCmd(SYSCTRL_APBPeriph_TIMM0, ENABLE);
    SYSCTRL_APBPeriphResetCmd(SYSCTRL_APBPeriph_TIMM0, ENABLE);

    // 定時器的時鐘是 PCLK, 計數間隔為 1ms 對應的時鐘數
    TIM_InitStruct.TIM_Period = SYSCTRL->PCLK_1MS_VAL;
    // 使用 定時器0
    TIM_InitStruct.TIMx = TIM_0;
    // 初始化
    TIM_Init(TIMM0, &TIM_InitStruct);
    // 開啟定時器0的中斷
    TIM_ITConfig(TIMM0, TIM_InitStruct.TIMx, ENABLE);

    //NVIC
    NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PriorityGroup_0);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM0_0_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    // 啟動定時器0
    TIM_Cmd(TIMM0, (TIM_NumTypeDef)TIM_0, ENABLE);
}

在庫函數中, 會將模式設為 user-defined, 即自動迴圈, 重覆載入周期並產生中斷.

/**
  * @brief  Initializes the TIMx Unit peripheral according to the specified parameters.
  * @param  TIMMx: x can be 0 to select the TIM peripheral
  * @param  TIM_InitStruct: pointer to a TIM_InitTypeDef structor that contains the configuration information
  * @retval None
  */
void TIM_Init(TIM_Module_TypeDef *TIMMx, TIM_InitTypeDef *TIM_InitStruct)
{
    TIM_Cmd(TIMMx, TIM_InitStruct->TIMx, DISABLE);
    
    TIMMx->TIM[TIM_InitStruct->TIMx].ControlReg = 0;
    TIMMx->TIM[TIM_InitStruct->TIMx].ControlReg |= TIMER_CONTROL_REG_TIMER_MODE;
    TIMMx->TIM[TIM_InitStruct->TIMx].ControlReg &= ~TIMER_CONTROL_REG_TIMER_PWM;

    TIMMx->TIM[TIM_InitStruct->TIMx].LoadCount = TIM_InitStruct->TIM_Period;
}

定時器中斷處理

Air105對應每個定時器, 各有一個中斷處理函數, 可以查看 startup.air105.s 中的中斷向量定義

TIM0_0_IRQHandler
TIM0_1_IRQHandler
TIM0_2_IRQHandler
TIM0_3_IRQHandler
TIM0_4_IRQHandler
TIM0_5_IRQHandler
TIM0_6_IRQHandler
TIM0_7_IRQHandler

對應 Timer0 的中斷處理, 寫在 air105_it.c. TIM_ClearITPendingBit 和 NVIC_ClearPendingIRQ 是必須調用的, 用於清除中斷

void TIM0_0_IRQHandler(void)
{
    TIM_ClearITPendingBit(TIMM0, TIM_0);
    NVIC_ClearPendingIRQ(TIM0_0_IRQn);
}

下麵加入處理邏輯的例子, 每秒調用一次 timer_handler(), 註意不要在中斷處理中使用耗時的工作

extern uint32_t timer_count;
extern void timer_handler(void);

void TIM0_0_IRQHandler(void)
{
    timer_count++;
    if (timer_count >= 1000)
    {
        timer_count = 0;
        timer_handler();
    }

    TIM_ClearITPendingBit(TIMM0, TIM_0);
    NVIC_ClearPendingIRQ(TIM0_0_IRQn);
}

定時器示例代碼

使用Timer0控制板載LED每隔一秒閃爍

https://gitee.com/iosetting/air105_project/tree/master/Demos/Timer/Timer_Blink

Air105 的 PWM

Air105 的8個獨立定時器均可編程產生PWM信號. 當用戶設定TimerNControlReg中PWM比特位為1後，定時器進入PWM工作模式. 此時 PWM 由 TimerNLoadCount2 和 TimerNLoadCount 寄存器分別控制高電平及低電平周期翻轉輸出.

頻率和占空比設置

  • 高電平周期 = (TimerNLoadCount2 + 1) * PCLK_Period
  • 低電平周期 = (TimerNLoadCount + 1) * PCLK_Period

PWM 相關代碼

PWM初始化也只需要三個參數 TIMx 和高低電平兩個周期, 兩者之和就是一個PWM周期

typedef struct 
{
	TIM_NumTypeDef TIMx;
	uint32_t TIM_LowLevelPeriod;
	uint32_t TIM_HighLevelPeriod;
}TIM_PWMInitTypeDef;

用Timer5初始化

void TimerPWM_Init(void)
{
    TIM_PWMInitTypeDef TIM_PWMInitStruct;

    SYSCTRL_APBPeriphClockCmd(SYSCTRL_APBPeriph_TIMM0, ENABLE);
    SYSCTRL_APBPeriphResetCmd(SYSCTRL_APBPeriph_TIMM0, ENABLE);

    //Timer5 -> PWM5
    TIM_PWMInitStruct.TIM_HighLevelPeriod = SYSCTRL->PCLK_1MS_VAL;
    TIM_PWMInitStruct.TIM_HighLevelPeriod = 0;
    TIM_PWMInitStruct.TIMx = TIM_5;
    TIM_PWMInit(TIMM0, &TIM_PWMInitStruct);
    TIM_Cmd(TIMM0, TIM_5, ENABLE);
}

在初始化PWM的庫函數中, 預設將模式設為 user-defined, 自動迴圈載入周期, 並屏蔽中斷

/**
  * @brief  Initializes the TIMx PWM Unit peripheral according to the specified parameters.
  * @param  TIMMx: x can be 0 to select the TIM peripheral
  * @param  TIM_PWMInitStruct: pointer to a TIM_PWMInitTypeDef structor that contains the configuration information
  * @retval None
  */
void TIM_PWMInit(TIM_Module_TypeDef *TIMMx, TIM_PWMInitTypeDef *TIM_PWMInitStruct)
{
    TIM_Cmd(TIMMx, TIM_PWMInitStruct->TIMx, DISABLE);

    TIMMx->TIM[TIM_PWMInitStruct->TIMx].ControlReg = 0;
    TIMMx->TIM[TIM_PWMInitStruct->TIMx].ControlReg |= TIMER_CONTROL_REG_TIMER_MODE;
    TIMMx->TIM[TIM_PWMInitStruct->TIMx].ControlReg |= TIMER_CONTROL_REG_TIMER_PWM;
    TIMMx->TIM[TIM_PWMInitStruct->TIMx].ControlReg |= TIMER_CONTROL_REG_TIMER_INTERRUPT;
    TIMMx->TIM[TIM_PWMInitStruct->TIMx].LoadCount = TIM_PWMInitStruct->TIM_LowLevelPeriod;
    TIMMx->TIM_ReloadCount[TIM_PWMInitStruct->TIMx] = TIM_PWMInitStruct->TIM_HighLevelPeriod;
}

將 PB5 功能復用為 PWM5

GPIO_InitTypeDef gpio;
gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
gpio.GPIO_Remap = GPIO_Remap_2;
GPIO_Init(GPIOB, &gpio);
printf("GPIO Init\r\n");

實時調節占空比, 後兩個參數代表PCLK時鐘周期個數

TIM_SetPWMPeriod(TIMM0, TIM_5, period - high_period, high_period);

PWM示例代碼

使用PWM5(Timer5)控制LED產生呼吸燈效果

https://gitee.com/iosetting/air105_project/tree/master/Demos/PWM/PWM_FadeLED

示例接線:

根據 開發板的BOM PCB 查看 https://wiki.luatos.com/_static/bom/Air105.html
示例中使用Timer4, Timer5對應的PWM4和PWM5輸出, 使用的是PB4和PB5, 對應開發板的SP2_MO和SP2_MI, 開發板上的PWM5對應的是PC7, 要註意, 別接錯了.
運行示例, 將兩個LED各自串接一個1-5K的電阻, 分別接GND後接在SP2_MO和SP2_MI上, 就能看到呼吸燈的效果了


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