工程師STM32單片機(jī)學(xué)習(xí)手記(3):修修改改玩串口
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STM學(xué)習(xí)筆記——用定時器實(shí)現(xiàn)熒火蟲燈
在第6篇筆記中,我用軟件延時的方法實(shí)現(xiàn)了熒火蟲,學(xué)了定時器,當(dāng)然就要用一用定時器了,這里仍是用熒火蟲燈為例。
用ST庫所帶的例子Tim中的TimBase為例來修改,這個例子的位置以及如何建立工程請參考第7篇筆記,這里就不再重復(fù)了,下面簡述一下修改的過程。
?。?) 由于我的板子上的燈是由PD8~PD11來控制的,因此,要將
void RCC_Configuration(void)
中的:
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); //打開GPIOC的時鐘
改為
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE); //打開GPIOD的時鐘
?。?) 將四個通道全部設(shè)置為TIM_OCMode_Toggle模式,即將
/* Output Compare Timing Mode configuration: Channel1 *
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Timing;
改為:
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Toggle;
?。?)例子中原來中斷產(chǎn)生的頻率很低,是不適合于做這種熒火蟲燈的,但為了比較,我只改了最后一個值:
__IO uint16_t CCR4_Val = 8192;改為
__IO uint16_t CCR4_Val = 2048;
這樣,這個通道的中斷頻率變?yōu)?/p>
CC4 update rate = TIM2 counter clock / CCR4_Val = 3515.6 Hz
?。?) 到stm32f10x_it.c中作修改中斷處理函數(shù)如下:
uint8_t allCount=16;
uint8_t upDown1,upDown2,upDown3,upDown4;
void TIM2_IRQHandler(void)
{ static uint8_t Count1,Count2,Count3,Count4;
static uint8_t hCnt1,hCnt2,hCnt3,hCnt4;
if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC1) != RESET)
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC1);
if(Count1《hCnt1)
{ GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_8); //點(diǎn)亮燈
}
else
{ GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_8); //熄滅燈
}
Count1++;
if(Count1》=allCount)
{ Count1=0;
if(upDown1)
{ hCnt1++;
if(hCnt1》=(allCount-1))
upDown1=!upDown1;
}
else
{ hCnt1--;
if(hCnt1《2)
upDown1=!upDown1;
}
}
capture = TIM_GetCapture1(TIM2);
TIM_SetCompare1(TIM2, capture + CCR1_Val);
}
else if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC2) != RESET)
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC2);
if(Count2《hCnt2)
{ GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9); //點(diǎn)亮燈
}
else
{ GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9); //熄滅燈
}
Count2++;
if(Count2》=allCount)
{ Count2=0;
if(upDown2)
{ hCnt2++;
if(hCnt2》=(allCount-1))
upDown2=!upDown2;
}
else
{ hCnt2--;
if(hCnt2《2)
upDown1=!upDown1;
}
}
capture = TIM_GetCapture2(TIM2);
TIM_SetCompare2(TIM2, capture + CCR2_Val);
}
else if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC3) != RESET)
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC3);
if(Count3《hCnt3)
{ GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10); //點(diǎn)亮燈
}
else
{ GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10); //熄滅燈
}
Count3++;
if(Count3》=allCount)
{ Count3=0;
if(upDown3)
{ hCnt3++;
if(hCnt3》=(allCount-1))
upDown3=!upDown3;
}
else
{ hCnt3--;
if(hCnt3《2)
upDown3=!upDown3;
}
}
capture = TIM_GetCapture3(TIM2);
TIM_SetCompare3(TIM2, capture + CCR3_Val);
}
else
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC4);
if(Count4《hCnt4)
{ GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_11); //點(diǎn)亮燈
}
else
{ GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_11); //熄滅燈
}
Count4++;
if(Count4》=allCount)
{ Count4=0;
if(upDown4)
{ hCnt4++;
if(hCnt4》=(allCount-1))
upDown4=!upDown4;
}
else
{ hCnt4--;
if(hCnt4《2)
upDown4=!upDown4;
}
}
capture = TIM_GetCapture4(TIM2);
TIM_SetCompare4(TIM2, capture + CCR4_Val);
}
}
即將LED點(diǎn)亮的過程分成16(allCount)份,第一次是點(diǎn)亮1/16時間,而15/16的時間都是滅著的,這個1是變量hCnt來控制的,隨著中斷16次完畢,hCnt會加1,于是第二個周期來了,在這個周期中,LED會被點(diǎn)亮2/16,而14/16的時間是滅著的,依次類推,到最后會有 15/16的時間被點(diǎn)亮,而1/16的時間是滅著的,于是就產(chǎn)生了漸亮效果。請?jiān)徫以趯W(xué)習(xí)時的代碼寫得很粗糙了。
由于TIM2_CH1通道的中斷頻率是:
CC1 update rate = TIM2 counter clock / CCR1_Val = 146.48 Hz
再除以16那就是:9.1Hz,閃爍現(xiàn)像應(yīng)該很明顯了。
將代碼寫入芯片,事實(shí)確實(shí)是TIM2_CH1(146.48Hz)和TIM2_CH2(219.7Hz)的閃爍極明顯,幾乎看不出漸亮的過程,亮度高時幾乎全亮,亮度低時一陣狂閃。而TIM2_CH4則效果十分明顯,達(dá)到了預(yù)計(jì)的要求。TIM2_CH3(439.4)呢,則介于兩者之間,可以看出漸亮和漸滅的效果,但是也有很明顯的閃爍效應(yīng)。但在示波器(傳統(tǒng)示波器)上,卻是TIM2_CH3的效果最好,逐漸伸縮的PWM波形看得清清楚楚。
接下來就要研究TIM的PWM方式了,用PWM方式來實(shí)現(xiàn)同樣的功能,應(yīng)該很有趣。
STM32學(xué)習(xí)筆記——用PWM做個正弦波發(fā)生器
一、用PWM的方法實(shí)現(xiàn)熒火蟲燈
上次提到要用Timer的PWM功能來實(shí)現(xiàn)熒火蟲燈。當(dāng)然還是找一個現(xiàn)成的例子來作個修改,這回要用到的例子在這里。
復(fù)制一份到自己練習(xí)用的文件夾中,建立工程。
先閱讀readme.txt及源程序,了解一些基本信息。
從程序中可以知道:
?。?) 使用TIM3
?。?) 定時器的時鐘頻率是36MHz.
?。?) PWM信號的頻率是36KHz,這是通過TIM3的ARR來設(shè)置的。ARR的值是999,因此PWM的頻率是36MHz/(999+1)=36KHz。
?。?) 四個通道的占空比分別由TIM3_CCR1~TIM3_CCR4來確定,算式是:
?。═IM3_CCR1/ TIM3_ARR)* 100
由此,當(dāng)PWM的頻率是36K時,占空比分辨率接近0.1%。降低頻率,可以獲得更高的分辨率。
要完成燈的漸亮和漸滅控制,只要定時改變TIM3_CCR1的值就行了。
如何改變呢?這里用到STM32提供的系統(tǒng)定時器(SysTick)
數(shù)據(jù)手冊中關(guān)于這個定時器的描述如下:
-------------------------------------------------------------
系統(tǒng)時基定時器
這個定時器是專用于實(shí)時操作系統(tǒng),也可當(dāng)成一個標(biāo)準(zhǔn)的遞減計(jì)數(shù)器。它具有下述特性:
● 24位的遞減計(jì)數(shù)器
● 自動重加載功能
● 當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時能產(chǎn)生一個可屏蔽系統(tǒng)中斷
● 可編程時鐘源
而它的使用方法可以在庫提供的例子中找到。
有一個初始化函數(shù):
void SysTick_Configuration(void)
{
if (SysTick_Config((SystemFrequency) / 10)) //經(jīng)實(shí)際測試發(fā)現(xiàn),除以10是100ms,除以100是10ms,依此類推
{
/* Capture error */
while (1);
}
NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0x0);
}
這里將其初始化為每100ms產(chǎn)生一次中斷。
將這個函數(shù)放在main.c中,在main函數(shù)中調(diào)用它,即完成初始化工作。在system32_it.c中有中斷處理函數(shù)。
void SysTick_Handler(void)
{}
原例子中這里沒有寫代碼,可以根據(jù)需要自行增加相關(guān)代碼來處理每100ms時間到的事件。
代碼如下:
extern uint16_t dutyRatio;
extern uint8_t ChangDuty;
void SysTick_Handler(void)
{ static uint8_t Counter;
if(Counter》16)
dutyRatio-=62;
else
{ dutyRatio+=62;
if(dutyRatio》999)
dutyRatio=999;
}
if(++Counter》=32)
Counter=0;
ChangDuty=1;
}
這里定義了兩個變量,一個是dutyRatio,用來控制占空比的變化。它在main.c中定義,并初始化為6。初始化TIM3_CH1通道時使用該變量。
每次中斷則視情況增加或者減少,每次變化的量是62。在SysTick_Handler函數(shù)中,定義了一個static型的變量Counter,它的值在 0~31之間變化。當(dāng)其值在0~15之間時,dutyRatio每次加1,這樣一共是加16次,即其最終的值是:6+16*62=998,正好比ARR的值小1。當(dāng)Counter的值在16~31之間變化時,dutyRatio每次減62。這樣,dutyRatio的值始終在6~998之間變化,對應(yīng)的是占空比在:
6/999*100%=0.6% ~ 998/999*100%=99.89% 之間變化。
ChangDuty是一個標(biāo)志,用途是通知main函數(shù),占空比已發(fā)生變化,要求更新CCR1。Mina函數(shù)的處理如下:
while (1)
{ if(ChangDuty==1)
{
TIM3-》CCR1=dutyRatio;
ChangDuty=0;
}
}
在用軟件仿真時,執(zhí)行到TIM3-》CCR1=dutyRatio;時,外圍部件中的相應(yīng)值并沒有立即變化。目前還沒有弄清楚是調(diào)試器的問題還是確實(shí)不立即發(fā)生變化。
使用硬件來測試,由于我手邊的板子TIM3_CH1上沒有接LED,所以就看不出燈亮的效果了,不過,不要緊,還有示波器。將程序下載入FLASH后運(yùn)行,觀察GPIOA.6,可以看到非常漂亮的波形。用萬用表電壓檔測該引腳的電壓,可以看到電壓平穩(wěn)地上升和下降。所以,我有些懷疑上面提到的那個CCR1沒有立即變化僅僅只是調(diào)試器的問題。//藍(lán)色的字這個不對,下面有說明。
二、用PWM生成正弦波
有了PWM,自然就可以用PWM的方法生成正弦波了。下面生成500Hz正弦波的方法參考自張明峰的《PIC單片機(jī)入門與實(shí)踐》
每個正弦波分成四個像限,每個像限16點(diǎn),共64點(diǎn),每點(diǎn)出現(xiàn)2個PWM周期,故PWM的周期為:2ms/128=156.25us,頻率為64KHz。
TIM3 Frequency = TIM3 counter clock/(ARR + 1)
倒過來:
ARR=TIM3 Counter Clock/TIM3 Frequenc - 1 =562.5-1 =561
如果取ARR的值是561的話,那么實(shí)際的頻率是64.056KHz,即最終生成為的正弦波頻率是:500.4Hz
有了ARR,占空比就取決于CCR1的值了,使用EXCEL可以方便地計(jì)算出第一象限的16個點(diǎn)的數(shù)據(jù):
280,307,335,361,387,412,436,458,478,496,513,527,539,548,555,559
有了第一象限,其他象限都可以鏡像生成了。具體方法請看源程序。
要用上面的例子修改,還需要做一些工作。
前面是在SysTick中做出標(biāo)志,然后在主程序中修改CCR1的值,現(xiàn)在不行了,肯定會有時間的誤差,不能這做么,要在PWM輸出后修正,這樣就要在PWM波形輸出時產(chǎn)生中斷。因此,需要在main函數(shù)中增加以下這個函數(shù)。
這個函數(shù)哪里來的呢,很簡單,從timebase工程中中抄來的然后將TIM2改成TIM3就行了^_^。然后在main函數(shù)中調(diào)用它。
注意,還需要打開stm32f10x_conf.h文件,將下面:
藍(lán)色框里面的包含文件給“解放”出來。當(dāng)然,同時要把庫中的misc.c源程序文件加入工程中來。否則,編譯是通不過的。
為了讓通道1可以產(chǎn)生中斷,還需要做一件事,就是下面藍(lán)色的部分。
/* TIM IT enable */
TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, ENABLE);
//也是從TIMEBASE工程中抄來,再將TIM2改成TIM3的。
/* TIM3 enable counter */
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
現(xiàn)在該到stm32f10x_it.c中去了,增加一個中斷處理函數(shù):
uint16_t sinTab[]={280,307,335,361,387,412,436,458,478,496,513,527,539,548,555,559};
uint8_t Count1,Count2; //1.像限計(jì)數(shù)器,其值在0~3之間變化 2.其值在0~31之間變化
void TIM3_IRQHandler(void)
{
if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_CC1) != RESET)
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_CC1);
if(Count2%2==0) //準(zhǔn)備更新,新的值會在下一次更新
{ switch(Count1)
{ case 0: //象限1
{
TIM3-》CCR1= sinTab[Count2/2];
break;
}
case 1: //象限2
{ TIM3-》CCR1=sinTab[15-Count2/2];
break;
}
case 2: //象限3
{ TIM3-》CCR1=560-sinTab[Count2/2];
break;
}
case 3: //象限4
{ TIM3-》CCR1=560-sinTab[15-Count2/2];
break;
}
default:break;
}
}
}
if(++Count2==32)
{ Count2=0;
if(++Count1==4)
Count1=0;
}
}
也就是在這里,搞清楚了,所謂的“我有些懷疑上面提到的那個CCR1沒有立即變化僅僅只是調(diào)試器的問題”不對,這是CCR1更新方法的問題,
注意上圖中紅色框中的描述。
這里就是不用立即更新的方法。因?yàn)槊總€點(diǎn)的PWM波形會出現(xiàn)2次,因此,用
if(Count2%2==0) 來判斷是第一次產(chǎn)生PWM波形,更新CCR1,但是這個CCR1不會立即更新,而會在下一次產(chǎn)生PWM事件時更新。
STM32學(xué)習(xí)筆記——修修改改玩串口
還是原來的風(fēng)格,找個例子來玩。但是這次的printf這個例子有點(diǎn)不一樣,它依賴于ST自己的EV板子,所以要用到的東西多一些了。除了上圖所示的文件以外,還要把
這里的stm32_eval.c,stm32_eval.h文件,以及圖中所示三個文件夾中任意一個文件夾中的部分文件復(fù)制到第一個圖所示的文件夾中去,這里我們選擇stm3210e_eval這個文件夾。
需要復(fù)制的文件是stm3210e_eval.h
如同前面一樣建立工程,并且注意修改stm32_eval.h的內(nèi)容
將//#define USE_STM3210E_EVAL 前的#去掉。
這樣,就可以編譯并通過文件,用軟件仿真,在usart #1窗口顯示出
USART Printf Example: retarget the C library printf function to the USART
這樣一行字了。
顯然,對這樣的玩法我是不會滿意的,下面試著去掉與stm32e_eval等相關(guān)文件,把這里面需要用到的函數(shù)直接復(fù)制到main中去,同時,也了解一些串口設(shè)置的知識。
學(xué)到這里,多少有點(diǎn)明白了,STM提供的庫為了達(dá)到通用性的要求,用了很多的符號來替代常量,然后七轉(zhuǎn)八拐,有時不知要轉(zhuǎn)多少個彎才能找到最終對寄存器操作的代碼。這時,keil提供的符號瀏覽就很有用處了。方法是在將光標(biāo)移到需要查看的符號上面,按下F12即可,通??梢灾苯犹D(zhuǎn)到所需查看到的符號的出處。如下圖
將光標(biāo)移到USART_BaudRate處,按下F12,即跳轉(zhuǎn)到stm32f10x_uart.h文件中相應(yīng)的定義處:
如果stm32f10x_uart.h文件沒有打開,那么這個動作會自動打開這個文件。
下面我們將eval板相關(guān)的函數(shù)復(fù)制到main函數(shù)中,以便丟掉與eval板相關(guān)的文件。
?。?)打開stm32_eval.h文件,將
typedef enum
{
COM1 = 0,
COM2 = 1
} COM_TypeDef;
復(fù)制到main.c中,這是用來選擇哪一個串口的,因?yàn)槲业陌遄由弦灿?個串口,所以就把它復(fù)制過來,也省得對函數(shù)作較大的修改了。
?。?)打開stm32_eval.c文件,有一個
void STM_EVAL_COMInit(COM_TypeDef COM, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct)
的函數(shù),是用來初始化端口的,我們把它復(fù)制到main.c中,并且把它改名為
void STM_COMInit(COM_TypeDef COM, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct)
去掉中間的eval。
當(dāng)然,在main函數(shù)中調(diào)用這個函數(shù)的地方也要做相應(yīng)的修改。
這個函數(shù)中用到了如上圖中藍(lán)色框中的一些符號,又是一系列的轉(zhuǎn)換,用剛才所說的跟蹤方法,找到這些符號的原始出處,作出修改,最后得到的STM_COMInit函數(shù)如下:
void STM_COMInit(COM_TypeDef COM, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/* 打開UART所用到的GPIO引腳的時鐘*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
/* 打開UART的時鐘*/
if (COM == COM1)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
}
else //COM=COM2
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);
}
/* 配置TX引腳為推挽式輸出 */
if(COM==COM1)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 ;
else
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/* 配置RX引腳為浮動輸入(高阻?) */
if(COM==COM1)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 ;
else
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/* 串行口配置*/
if(COM==COM1)
USART_Init(USART1, USART_InitStruct);
else
USART_Init(USART2, USART_InitStruct);
/* 串口允許*/
if(COM==COM1)
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
else
USART_Cmd(USART2, ENABLE);
}
至此,修改基本結(jié)束,在工程中移去stm32_eval相關(guān)的各個文件,在APP文件夾中將這些文件刪除,關(guān)閉工程,再重新打開工程,編譯通過,運(yùn)行通過。
下面對上述初始化工作做一些解讀,當(dāng)然,少不了要數(shù)據(jù)手冊的幫忙了。
(1)UART1的時鐘來源和其他串口的時鐘來源不同,UART1的時鐘來源是:APB2,其他串口的時鐘來源:APB1。
?。?)用于UART通信的引腳不會自動配置,需要手工配置。其中用于輸出信號的引腳TX必須配置成為推挽式輸出,而RX引腳則配置成浮動型輸入。
?。?)串口波特率、停止位等參數(shù)由庫提供的stm32f10x_usart.c中的
void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct)
函數(shù)來設(shè)定。
觀察這個函數(shù)的執(zhí)行,可以看到函數(shù)通過對CR2寄存器的操作來設(shè)定停止位,如下圖藍(lán)色框中所示。
通過對CR1寄存器的設(shè)定來確定數(shù)據(jù)位/奇偶校驗(yàn)位等,這些都只需要找到相應(yīng)的符號,就能順利地進(jìn)行設(shè)置,找到符號的方法,當(dāng)然還是上面的按F12瀏覽的方法。
還有一個重要的工作是波特率的計(jì)算,且看這里是如何來做的。
下面這一段是波特率設(shè)置的代碼
首先根據(jù)usartxbase的值來確定需要配置的是USART1還是USART2
usartxbase = (uint32_t)USARTx;
而USARTx是傳入這個函數(shù)的一個參數(shù)。
然后據(jù)此來得到用于USART的時鐘頻率,這個頻率值被變量apbclock記錄。
從上面變量的跟蹤可以看到apbclock的值是0x44aa200即72000000,也就是72MHz。
接下來的一系列計(jì)算式就是根據(jù)波特率的值來計(jì)算應(yīng)該傳入BRR寄存器的值了,偷點(diǎn)懶,這里就不對算式進(jìn)行一一分析了(我認(rèn)為暫時沒有這個必要)。
至此,USART的設(shè)置工作完成,即完成了其數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)位、波特率的設(shè)置工作。異步通信的配置工作完成。當(dāng)然,細(xì)細(xì)分析,可以發(fā)現(xiàn),初始還按默認(rèn)方式處理了硬件握手等的處理工作。
除了使用庫函數(shù)提供的printf等函數(shù)外,我們在單片機(jī)開發(fā)中還經(jīng)常使用直接對數(shù)據(jù)寄存器賦值的方法來使用串口。STM32串口的數(shù)據(jù)寄存器名為DR,因此,我試著在main函數(shù)中寫入這樣一行:
While1()
{ USART1-》DR=0x55;
}
一試成功,軟件仿真時,在串行窗口出現(xiàn)了大串的字符55.
好了,串口暫時告一段落。