4.看門狗、定時器、觸控電容

阿Q熊發表於2024-08-29
定時器

IWDG簡介 ：獨立看門狗
本質：能產生系統復位訊號的計數器
特性：遞減的計數器；時鐘由獨立的RC振盪器提供（可在待機和停止模式下執行）；看門狗被啟用後，當遞減計數器計數到0x000時產生復位
餵狗：在計數器計數到0之前，重灌載計數器的值，防止復位：IWDG有什麼作用
作用：主要用於檢測外界電磁干擾，或硬體異常導致的程式跑飛問題
獨立看門狗是異常處理的最後手段，不可依賴，應在設計時儘量避免異常的發生

IWDG溢位時間計算：
IWDG溢位時間計算公式(HAL庫)：Tout =(psc∗𝑟𝑙𝑟)/f𝐼𝑊𝐷𝐺
  Tout：溢位時間
  f𝐼𝑊𝐷𝐺：時鐘源頻率
  psc：預分頻係數
  rlr：重灌載值
暫存器設定分頻係數的方法："psc" =4∗2^prer
  prer是IWDG_PR 的值
IWDG溢位時間計算公式(暫存器)：Tout =((4∗2^prer)∗𝑟𝑙𝑟)/f𝐼𝑊𝐷𝐺

IWDG配置步驟：
1，使能IWDG，設定預分頻係數和重灌載值等(IWDG_PR/RL/KR)：HAL_IWDG_Init()

typedef struct 
{ 
   IWDG_TypeDef *Instance; /* IWDG 暫存器基地址 */
   IWDG_InitTypeDef Init;       /* IWDG 初始化引數 */
}IWDG_HandleTypeDef;


2，把重灌載暫存器的值過載到計數器中，餵狗(IWDG_KR)：HAL_IWDG_Refresh()

typedef struct
{ 
    uint32_t Prescaler;  /* 預分頻係數 */ 
    uint32_t Reload;       /* 重灌載值 */ 
} IWDG_InitTypeDef;

WWDG簡介 ：視窗看門狗
本質：能產生系統復位訊號和提前喚醒中斷的計數器
特性：遞減的計數器；視窗期，可以餵狗，非視窗期，餵狗則會復位(W[6:0] ≥視窗期＞0x3F)
餵狗：在視窗期內重灌載計數器的值，防止復位
作用：用於監測微控制器程式執行時效是否精準，主要檢測軟體異常

WWDG超時時間計算：T𝑜𝑢𝑡 =(4096∗2^WDGTB∗(T[5:0]+1))/Fwwdg

T𝑜𝑢𝑡：超時時間（沒餵狗）
Fwwdg：時鐘源頻率
4096：固定的預分頻係數
2^𝑊𝐷𝐺𝑇𝐵：WWDG_CFR暫存器設定的預分頻係數值
T[5:0]：計數器低6位

WWDG配置步驟：
1，使能WWDG，設定預分頻係數和視窗值等(WWDG_CR/WWDG_CFR)：HAL_WWDG_Init()

typedef struct 
{
  WWDG_TypeDef *Instance; /* WWDG 暫存器基地址 */ 
  WWDG_InitTypeDef Init;      /* WWDG 初始化引數 */
}WWDG_HandleTypeDef;

2，WWDG Msp初始化：HAL_WWDG_MspInit() 配置NVIC、CLOCK等
3，設定優先順序，使能中斷：HAL_NVIC_SetPriority()、 HAL_NVIC_EnableIRQ()
4，編寫中斷服務函式：WWDG_IRQHandler() HAL_WWDG_IRQHandler
5，重定義提前喚醒回撥函式：HAL_WWDG_EarlyWakeupCallback()
6，在視窗期內餵狗，重灌載計數器(WWDG_CR)：HAL_WWDG_Refresh()

typedef struct 
{
  uint32_t Prescaler; /* 預分頻係數 */
  uint32_t Window;    /* 視窗值 */
  uint32_t Counter;    /* 計數器值 */
  uint32_t EWIMode;  /* 提前喚醒中斷使能 */ 
}WWDG_InitTypeDef;

軟體定時原理：使用純軟體（CPU死等）的方式實現定時（延時）功能
缺點：1，延時不精準；2，CPU死等
定時器定時原理：使用精準的時基，透過硬體的方式，實現定時功能
定時器核心就是計數器

STM32定時器分類：
常規定時器：
基本定時器
通用定時器
高階定時器
專用定時器：
獨立看門狗
視窗看門狗
實時時鐘
低功耗定時器
核心定時器：
SysTick定時器

定時器型別：
基本定時器：沒有輸入輸出通道，常用作時基，即定時功能
通用定時器：具有多路獨立通道，可用於輸入捕獲/輸出比較，也可用作時基
高階定時器：除具備通用定時器所有功能外，還具備帶死區控制的互補訊號輸出、剎車輸入等功能（可用於電機控制、數字電源設計等）

基本定時器：TIM6/TIM7
主要特性：16位遞增計數器（計數值：0~65535）
  16位預分頻器（分頻係數：1~65536）
  可用於觸發DAC
  在更新事件（計數器溢位）時，會產生中斷/DMA請求

定時器溢位時間計算方法：𝑇out =((𝐴𝑅𝑅+1)∗(𝑃𝑆𝐶+1))/𝐹𝑡
𝑇out：溢位時間
𝐹𝑡：時鐘源頻率
𝐴𝑅𝑅：自動重灌載暫存器的值
𝑃𝑆𝐶：預分頻器暫存器的值

定時器中斷實驗配置步驟：
1，初始化定時器基礎引數(CR1、ARR、PSC)：HAL_TIM_Base_Init()
2，存放NVIC、CLOCK、GPIO初始化程式碼：HAL_TIM_Base_MspInit() 配置NVIC、CLOCK等
3，使能更新中斷並啟動計數器(DIER、CR1)：HAL_TIM_Base_Start_IT()
4，設定優先順序，使能中斷：HAL_NVIC_SetPriority()、 HAL_NVIC_EnableIRQ()
5，定時器中斷處理公用函式，處理各種中斷(SR)：TIMx_IRQHandler()等  HAL_TIM_IRQHandler()
6，定時器更新中斷回撥函式，由使用者重定義：HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()

通用定時器：
TIM2/TIM3 /TIM4 /TIM5
主要特性：16位遞增、遞減、中心對齊計數器（計數值：0~65535）
16位預分頻器（分頻係數：1~65536）
可用於觸發DAC、ADC
在更新事件、觸發事件、輸入捕獲、輸出比較時，會產生中斷/DMA請求
4個獨立通道，可用於：輸入捕獲、輸出比較、輸出PWM、單脈衝模式
使用外部訊號控制定時器且可實現多個定時器互連的同步電路
支援編碼器和霍爾感測器電路等

通用定時器PWM輸出實驗配置步驟：
1，初始化定時器基礎引數(CR1、ARR、PSC)：HAL_TIM_PWM_Init()
2，存放NVIC、CLOCK、GPIO初始化程式碼：HAL_TIM_PWM_MspInit() 配置NVIC、CLOCK、GPIO等
3，配置PWM模式、比較值、輸出極性等(CCMRx、CCRx、CCER)：HAL_TIM_PWM_ConfigChannel()
4，使能輸出比較並啟動計數器(CCER、CR1)：HAL_TIM_PWM_Start()
5，修改比較值控制佔空比(CCRx可選)：__HAL_TIM_SET_COMPARE()
6，使能通道預裝載(CCER可選)：__HAL_TIM_ENABLE_OCxPRELOAD()

通用定時器輸入捕獲實驗配置步驟：
1，初始化定時器基礎引數（CR1、ARR、PSC）：HAL_TIM_IC_Init()
2，存放NVIC、CLOCK、GPIO初始化程式碼：HAL_TIM_IC_MspInit() 配置NVIC、CLOCK、GPIO等
3，配置通道對映、捕獲邊沿、分頻、濾波等（CCMRx、CCER）：HAL_TIM_IC_ConfigChannel()
4，設定優先順序，使能中斷：HAL_NVIC_SetPriority()、 HAL_NVIC_EnableIRQ()
5，使能更新中斷等（DIER）：__HAL_TIM_ENABLE_IT()
6，使能輸入捕獲、捕獲中斷並啟動計數器（CCER、DIER、CR1）：HAL_TIM_IC_Start_IT()
7，定時器中斷處理公用函式，處理各種中斷（SR）：TIMx_IRQHandler()等  HAL_TIM_IRQHandler()
8，編寫更新中斷和捕獲回撥函式：
  定時器更新中斷回撥函式，由使用者重定義：HAL_TIM_PeriodElapsedCallback() 、
  定時器輸入捕獲回撥函式，由使用者重定義：HAL_TIM_IC_CaptureCallback()

通用定時器脈衝計數實驗配置步驟：
1，初始化定時器基礎引數（CR1、ARR、PSC）：HAL_TIM_IC_Init()
2，存放NVIC、CLOCK、GPIO初始化程式碼：HAL_TIM_IC_MspInit() 配置NVIC、CLOCK、GPIO等
3，配置定時器從模式、觸發選擇、分頻、濾波等（SMCR、CCMRx、CCER）：HAL_TIM_SlaveConfigSynchro()
4，使能輸入捕獲、啟動計數器（CCER、CR1）：HAL_TIM_IC_Start()
5，獲取計數器當前值（CNT）：__HAL_TIM_GET_COUNTER()
6，設定計數器的值（CNT）：__HAL_TIM_SET_COUNTER()

高階定時器：TIM1/TIM8
主要特性：
16位遞增、遞減、中心對齊計數器（計數值：0~65535）
16位預分頻器（分頻係數：1~65536）
可用於觸發DAC、ADC
在更新事件、觸發事件、輸入捕獲、輸出比較時，會產生中斷/DMA請求
4個獨立通道，可用於：輸入捕獲、輸出比較、輸出PWM、單脈衝模式
使用外部訊號控制定時器且可實現多個定時器互連的同步電路
支援編碼器和霍爾感測器電路等
重複計數器
死區時間帶可程式設計的互補輸出
斷路輸入，用於將定時器的輸出訊號置於使用者可選的安全配置中

高階定時器輸出指定個數PWM實驗配置步驟：
1，初始化定時器基礎引數（CR1、ARR、PSC）：HAL_TIM_PWM_Init()
2，存放NVIC、CLOCK、GPIO初始化程式碼：HAL_TIM_PWM_MspInit()
3，配置PWM模式、比較值、輸出極性等（CCMRx、CCRx、CCER）：HAL_TIM_PWM_ConfigChannel()
4，設定優先順序，使能中斷：HAL_NVIC_SetPriority()、 HAL_NVIC_EnableIRQ()
5，使能更新中斷等（CCER）：__HAL_TIM_ENABLE_IT()
6，使能輸出、主輸出、啟動計數器（CCER、CR1）：HAL_TIM_PWM_Start()
7，定時器中斷處理公用函式，處理各種中斷（SR）：TIMx_IRQHandler()等->HAL_TIM_IRQHandler()
8，定時器更新中斷回撥函式，由使用者重定義：HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()

透過軟體產生事件(EGR)：HAL_TIM_GenerateEvent()
啟動計數器（CR1）：__HAL_TIM_ENABLE()

高階定時器輸出比較模式實驗配置步驟：
1，初始化定時器基礎引數（CR1、ARR、PSC）：HAL_TIM_OC_Init()
2，存放NVIC、CLOCK、GPIO初始化程式碼：HAL_TIM_OC_MspInit() 配置NVIC、CLOCK、GPIO等
3，設定輸出比較模式、比較值、輸出極性等（CCMRx、CCRx、CCER）：HAL_TIM_OC_ConfigChannel()
4，使能通道預裝載（CCMRx）：__HAL_TIM_ENABLE_OCxPRELOAD()
5，使能輸出比較、主輸出、啟動計數器（CR1、CCER、BDTR）：HAL_TIM_OC_Start()
6，修改捕獲/比較暫存器的值（CCRx）：__HAL_TIM_SET_COMPARE()

死區時間計算：
1，確定t𝐷𝑇𝑆的值：𝑓𝐷𝑇𝑆=Ft/(2^𝐶𝐾𝐷[1:0])
2，判斷DTG[7:5]，選擇計算公式
3，代入選擇的公式計算

高階定時器互補輸出帶死區控制實驗配置步驟：
1，初始化定時器基礎引數（CR1、ARR、PSC）：HAL_TIM_PWM_Init()
2，存放NVIC、CLOCK、GPIO初始化程式碼：HAL_TIM_PWM_MspInit()
3，配置PWM模式、比較值、輸出極性等（CCMRx、CCRx、CCER）：HAL_TIM_PWM_ConfigChannel()
4，配置剎車功能、死區時間等（BDTR）：HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime()
5，使能輸出、主輸出、啟動計數器（CCER、CR1）：HAL_TIM_PWM_Start()
6，使能互補輸出、主輸出、啟動計數器（CCER、CR1）：HAL_TIMEx_PWMN_Start()

高階定時器PWM輸入模式實驗配置步驟：
1，初始化定時器基礎引數（CR1、ARR、PSC）：HAL_TIM_IC_Init()
2，存放NVIC、CLOCK、GPIO初始化程式碼：HAL_TIM_IC_MspInit()
3，配置通道對映、捕獲邊沿、分頻、濾波等（CCMRx、CCER）：HAL_TIM_IC_ConfigChannel()
4，配置從模式、觸發源、觸發邊沿等（SMCR、CCER）：HAL_TIM_SlaveConfigSynchro()
5，設定優先順序，使能中斷：HAL_NVIC_SetPriority()、 HAL_NVIC_EnableIRQ()
6，使能輸入捕獲、捕獲中斷並啟動計數器（CCER、DIER、CR1）：HAL_TIM_IC_Start_IT()、 HAL_TIM_IC_Start()
7，定時器中斷處理公用函式，處理各種中斷（SR）：TIMx_IRQHandler()等-> HAL_TIM_IRQHandler()
8，定時器輸入捕獲回撥函式，由使用者重定義：HAL_TIM_IC_CaptureCallback()

檢測電容觸控按鍵過程：
1、TPAD引腳設定為推輓輸出，輸出低電平，實現電容放電到地
2、TPAD引腳設定為浮空輸入(IO復位後的狀態)，電容開始充電
3、同時開啟TPAD引腳的輸入捕獲功能，開始捕獲高電平
4、等待充電過程中，上升沿觸發(充電到Vth(上升沿的電壓值))
5、計算充電時間（定時器捕獲/比較暫存器獲取）

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