Skip to content

Lection3.adoc

Latest commit

 

History

History
265 lines (187 loc) · 16.8 KB

Lection3.adoc

File metadata and controls

265 lines (187 loc) · 16.8 KB

Лекция 3

Таймеры

Одна из основных задач таймеров в микроконтроллерах это отсчитывать точные интервалы времени. Но, помимо этого таймеры могут использоваться для измерения частоты, периодов, генерации ШИМа и переменных сигналов различной формы. Всего

TIM9-TIM11

Самые простые 16 битные таймеры.
TIM2-TIM5

Таймеры общего назначания. (TIM2 и TIM5 32 битные) (TIM3 и TIM4 16 битные)
TIM1

Расширенный 16 битный таймер
SYSTEM TIMER

Также существуют системный таймер SysTick таймер и Watchdog таймер.

В данном курсе мы рассмотрим только 32 битные таймеры общего назначения. Самостоятельно можно будет ознакомиться с TIM1.

Системный таймер

Самый просто таймер, встроенный в ядро ARMv7, на котором построено ядро CortexM4 и наш микроконтроллер stm32F411, т.е. его поддерживают все микроконтроллеры на этом ядре.

  • 24 - битный таймер считающий вниз от заданного значения до нуля.

Для его настройки используется всего 3 регистра. В документации на ядро ARMv7 (кому интересно, небольшая брошурка (на 2720 страниц) про это ядро находится здесь: https://documentation-service.arm.com/static/5f8daeb7f86e16515cdb8c4e?token=)

image 2020 11 13 21 19 51 790

В обертке над регистрами, я назвал их немного по другому, но суть от этого не меняется. Итак:

SysTick Control and Status Register (SYST_CSR)

  • 32 битный регистр для управления системным таймером

image 2020 11 13 21 26 49 291
Биты Доступ Обозначение Описание

31:17

Зарезервировано

16

Read/Rewrite

COUNTFLAG

Показывает, дошёл ли счётчик до нуля с момента последнего считывания этого регистра:

NoOverflow (0) — счётчик ещё не достигал нуля

Overflow (1) — счётчик достигал нуля

Этот бит сбрасывается считыванием данного регистра, а также записью значения в регистр SYST_CVR. Его установка производится, когда значение cчётчика переходит из 1 в 0

15:3

Зарезервировано

2

Read/Write

CLKSOURCE

Выбирает источник синхронизации для таймера:

ExternalClock(0) — используется внешний источник

CpuClock (1) — для синхронизации используется частота процессора

1

Read/Write

TICKINT

Определяет, будет ли генерироваться запрос на прерывание при достижении счетчиком 0:

DisableInterrupt (0) — запрос прерывания не выдаётся

EnableInterrupt (1) — запрос прерывания выдаётся

Достижением нуля считается только декремент значения счётчика, приводящий к появлению в нём нуля, но не его сброс в результате явной записи в регистр SYST_CVR

0

Read/Write

ENABLE

Определяет, разрешена ли работа таймера (уменьшение счётчика):

Disable(0) — счётчик выключен

Enable (1) — счётчик включён

Регистр перезагружаемого значения LOAD

  • 32 битный регистр, из которого используются только первые 24 бита. В этом регистре хранится значение, которое будет записано в системный таймер как только его счетчик достигнет 0.

Регистр текущего значения VAL

  • 32 битный регистр, из которого используются только первые 24 бита. В этом регистре хранится текущее значение счетчика.

Алгоритм работы с системным таймером

С помощью системного таймера можно задать практически любое значение задержки для этого необходимо:

  • Записать в регистре LOAD значение задержки. Так как счетчик системного таймера уменьшается на 1 с каждым тактом процессора, то нетрудно посчитать, что если системная частота микроконтроллера подключена к внутренней источнику тактирования HSI, то для создания задержки в 1мс, необходимо записать в этот регистр значение (16'000'000/1000 - 1). Счетчик начнет уменьшаться с этого значения на 1 с каждым тактом процессора, и как только он дойдет до 0 установится флаг прерывания в региcтре ICSR в поле PENDSTSET (26 бит) 1.

  • Записать в текущее значение счетчика в регистр VAL - 0

  • Подключить системный таймер к частоте процессора в регистре CTRL

  • Включить системный таймер в регистре CTRL

  • Дождаться готовности флага PENDSTSET в регистре ICSR

Задание

  1. Подключить микроконтроллер к внешнему источнику тактирования HSE.

  2. Написать программу морганиями всеми 4 светодиодами на плате с периодом в 0.5 секунды

  3. По нажатию кнопки увеличивать период моргания на 0.1 секунды.

Таймеры TIM2 и TIM5, основные особенности

  • Таймеры 32 битные (то есть могут считать до 2^32), умеют работать:

    • с инкрементальными энкодерами и датчиками Холла,

    • несколько таймеров можно синхронизировать между собой.

  • Таймеры могут использоваться для:

    • Захвата сигнала (Защелкивать значение, когда на выводе порта например 0 сменился на 1)

    • Сравнения (Считать до значения в регистре сравнения и установить/сбросить/переключить вывод порта)

    • Генерации ШИМ (Генерировать прямоугольный сигнал с различной скважностью на вывод порта)

    • Генерации одиночного импульса

Таймеры TIM2 и TIM5

  • Таймеры могут генеририровать следующие события:

    • Переполнение

    • Захват сигнала

    • Сравнение

    • Событие-триггер

Таймеры TIM2 и TIM5 начальная запуск

  • Таймеры тактируются от шины APB1.

Поэтому для каждый отчсет таймера по умолчанию происходит на частоте шины, т.е. если шина APB1 работает на частоте 1 Мгц, то один отсчет таймера произойдет через 1 мкс. Таким образом можно организовать измерение времени с разрешением в 1 мкс. Чтобы таймер заработал, его нужно подключить к системе тактирования, т.е. к шине APB1.

  • Подключение к системе тактирование выполняется через регистр APB1ENR модуля RCC.

  • Входную частоту таймера можно поделить, записав делитель частоты в решистр PSC.

  • Включение таймера производиться с помощью бита CEN в регистре CR1 модуля таймера (TIM2 или TIM5)

Таймеры TIM2 и TIM5 переполнение

Как только таймер начал считать, его счетчик будет увеличиваться с каждым тактом подающейся на таймер частоты. Т.е. если входная частота таймера 1 МГц, то через секунду таймер достчитает до 1 000 000.

  • Значение счетчика таймера можно прочитать из регистра CNT.

    • Поскольку таймерs TIM2 и TIM5 32 битных, то переполнение наступит когда в регистре CNT будет значение 0xFFFFFFFF, нетрудно посчитать, что при частоте работе таймера 1 МГц он переполнится через примерно 71.5 минуты.

    • При переполнении таймера, он сгенерирует событие (запрос на прерывание).

  • Проверить случилось ли переполнение можно, считав бит UIF в регистре CR.

Таймеры TIM2 и TIM5 режим счета до значения

Допустим, нам нужно раз в 71.5 минуты моргнуть светодиодом. Мы можем запустить таймер и и постоянно проверять значение бита UIF, как только оно установится в 1, моргнуть светодиодом.

  • Используя переполнение невозможно задать таймером произвольный интервал времени.

  • Задать производльный интервал можно, используя регистр автоперезагрузки ARR. В этот регистр записывается число, до которого будет идти счет. При достижении этого значения, содержимое счетчика CNT обнуляется и формируются прерывание или запрос DMA (если они разрешены).​

Например: мы хотим раз в 1 секунду моргать светодиодом. Частота работы таймера 1 Мгц. Чтобы таймер генерировал запрос на прерывание каждыые 1 секунду, нужно записать число 1 000 000 в регистр ARR и число 0 в регистр CNT и после этого запустить таймер. Как только таймер досчитает до 1 000 000 он выставит флаг UIF.

Таймеры TIM2 и TIM5 регистры для режима счета

TIMx::CNT

Cчетный 16/32 разрядный регистр таймера суммирующий, с приходом каждого тактового импульса инкрементирует свое содержимое. На вычитание работать не может. ​

TIMx::PSC

16 разрядный регистр - делитель частоты для таймера. Коэффициент деления задается в 16-разрядном регистре, этот коэффициент можно задать в пределах от 1 до 65536.​

TIMx::ARR

​ 16/32 разрядный регистр автоперезагрузки. В этот регистр записывается число, до которого будет идти счет. При достижении этого значения, содержимое счетчика TIMx_CNT обнуляется и формируются прерывание или запрос DMA (если они разрешены).​

TIMx::SR

​ Регистр статуса. Можно узнать о всех возможных запросах на прерывания от таймера

Таймеры TIM2 и TIM5. Управляющий регистр (CR1)

Основные настройки таймера производятся через регистр CR1. Нам понадобятся всего несколько бит.

400
Figure 1. Регистр CR1
Bit 2: URS

Источник генерации прерываний​

  • 0: Любые из следующих событий будут генерировать прерывание или запрос DMA, если они включены:​

    • Переполнение счетчика​ или установлен UG бит​

  • 1: Только после переполнения счетчика может сгенерировать прерывание или запрос DMA​
Bit 1: UDIS

Отключить событие по изменению (Update Event)​

  • 0: UEV включен. Событие по изменению(UEV) генерируются следующими событиями:​

    • Переполнение счетчика​ или установлен UG бит​

  • 1: UEV отключен. ​
Bit 0 CEN

Включить счетчик​

  • 0: Counter выключен​

  • 1: Counter включен​

Таймеры TIM2 и TIM5. Регистр статуса (SR)

Регистр SR хранит статусы запросов на прерывания

500
Figure 2. Регистр SR
Bit0: UIF

Флаг прерывания по событию обновления. Бит устанавливается аппаратно, скидываться должен программно​

  • 0: Флаг прерывания сбршен​

  • 1: Флаг прерывания установлен​

Работа с таймером в качестве счетчика​

Для организации задержки

  • Подать тактирование на модуль таймера​

  • Установить делитель частоты для таймера в регистре PSC​

  • Установить источник генерации прерываний по событию переполнение с помощью бита URS в регистре CR1​

  • Установить значение до которого счетчик будет считать в регистре перезагрузке ARR​

  • Скинуть флаг генерации прерывания UIF по событию в регистре SR​

  • Установить начальное значение счетчика в 0 в регистре CNT​

  • Запустить счетчик с помощью бита EN в регистре CR1​

  • Проверять пока не будет установлен флаг генерации прерывания по событию UIF в регистре SR​

  • Как только флаг установлен остановить счетчик, сбросить бит EN в регистре CR1, Сбросить флаг генерации прерывания UIF по событию в регистре SR

Задание 2. Простое

  1. Написать программу морганиями всеми 4 светодиодами на плате с периодом в 0.5 секунды

  2. По нажатию кнопки увеличивать период моргания на 0.1 секунды.