STM32·HAL库开发（六）Timer定时器——案例：定时点亮 / 熄灭LED + 超声波测距

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分类专栏： STM32单片机文章标签：嵌入式硬件单片机 stm32 arm开发

于 2023-08-12 20:55:18 首次发布

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【demo · Timer_HC-SR04】

【小试牛刀：感应开关垃圾桶】

【定时器工作原理】

使用精准的时基，通过硬件的方式，实现定时功能。定时器核心就是计数器

【定时器分类】

基本定时器（TIM6~TIM7）挂载在APB1总线

通用定时器（TIM2~TIM5）挂载在APB1总线

高级定时器（TIM1, TIM8）挂载在APB2总线

上述资源为STM32F103系列所拥有的定时器资源

STM32F103C8T6有TIM1（高级定时器）和TIM2，TIM3，TIM4（通用定时器）

【通用定时器介绍】

1) 16 位向上、向下、向上/向下自动装载计数器（TIMx_CNT）

2) 16 位可编程预分频器(TIMx_PSC)，计数器时钟频率的分频系数为 1～65535 之间的任意数值

3）4 个独立通道（TIMx_CH1~4），这些通道可以用来作为：

A．输入捕获

B．输出比较

C．PWM 生成(边缘或中间对齐模式)

D．单脉冲模式输出

4）可用外部信号（TIMx_ETR）控制定时器之间互连，即用一个定时器控制另外一个定时器

5）如下事件发生时产生中断/DMA：

A．更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)

B．触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)

C．输入捕获

D．输出比较

E．支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路

F．触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理

【基本定时器框图】

【定时中断基本结构】

【定时器计数模式】

【定时器时钟源】

【定时器溢出时间计算公式】

T_out = (ARR+1) * (PSC+1) / T_clk

        Tout: 定时器溢出时间
        PSC： 预分频寄存器的值，预分频系数=PSC+1
ARR：    自动重装载寄存器的值，自动重装载值=ARR+1
Tclk： 即Ft，定时器时钟源频率，经APB1预分频器后提供，APB1总线最大工作频率为36MHz。若APB1 预分频系数为1，则Tclk不变（为PCLK1的频率）。若APB1 预分频系数为2，则Tclk等于PCLK1的频率×2
CNT： 计数器，CNT是16位计数器，仅向上计数，最大计数值为65535。当计数值达到自动重装载寄存器设定值时产生更新事件，并清零从头开始计数
计数频率：Ft / (PSC+1)
计数器周期：计数器完成一次计数所需的时间，(PSC+1) / Ft
定时器的定时时间：计数器的中断周期 × 中断的次数
定时器溢出时间：Tout = (ARR+1) * (PSC+1) / Ft

例如： 要定时500ms ，则：PSC=7199，ARR=4999，Tclk=72MHz
要定时1ms ，则：PSC=7199，ARR= 0 ，Tclk=72MHz

参考：第3讲定时器寄存器溢出时间计算方法_哔哩哔哩_bilibili

【外部中断调用流程】

① stm32f1xx_it.c中的 TIMX_IRQHandler(void)
② stm32f1xx_hal_tim.c中的 HAL_TIM_IRQHandler(TIM_HandleTypeDef *htim)
③ 自己找位置重写的 HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)

...........................................................................................................................................................

【demo · Timer_LED】

功能：每0.5s点亮 / 熄灭LED

/* Timer2.c */

#include "Timer2.h"

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim->Instance == TIM2)
	HAL_GPIO_TogglePin (GPIOC,GPIO_PIN_13);
}

/* main.c */

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);    // 添加启动定时器代码

/* 其余代码为初始化生成代码 */

demo现象：每0.5s点亮 / 熄灭LED

【demo · Timer_HC-SR04】

HC-SR04用法：

怎么让它发送波： 给Trig端口至少 10us 的高电平

怎么知道它开始发送波： Echo引脚由低电平跳转到高电平，表示开始发送波

怎么知道接收了返回波： Echo引脚由高电平跳转回低电平，表示波回来了

怎么算时间： Echo引脚维持高电平的时间

超声波发出去的那一下，开始启动定时器

超声波回来的拿一下，我们开始停止定时器，计算出中间经过多少时间

怎么算距离： 距离 = 速度（340m/s） * 时间 /2

实现功能：当超声波传感器前方5cm以内有障碍物遮挡时，LED点亮，否则LED熄灭

接线：

Timer配置：使用 TIM2 ，只用作计数功能，不用作定时，用来产生微秒级延时

将 PSC 配置为71，则计数 1 次代表 1us

微秒级函数：我

void TIM2_Dealy_us(uint16_t n_us)
{
	__HAL_TIM_ENABLE(&htim2);
	__HAL_TIM_SetCounter(&htim2,0);
	while(__HAL_TIM_GetCounter(&htim2) < ((1 * n_us)-1));
	__HAL_TIM_DISABLE(&htim2);
}

超声波测距函数：

double get_distnce()
{
	int cnt = 0; 		                   // 存放定时器计次次数
	// 1.给Trig端口20us（至少10us）高电平
	HAL_GPIO_WritePin(Trig_GPIO_Port,Trig_Pin,GPIO_PIN_SET);
	TIM2_Dealy_us(20);
	HAL_GPIO_WritePin(Trig_GPIO_Port,Trig_Pin,GPIO_PIN_RESET);
	// 2.波发出去时启动定时器
	while(HAL_GPIO_ReadPin(Echo_GPIO_Port,Echo_Pin)==GPIO_PIN_RESET);
	HAL_TIM_Base_Start(&htim2);
	__HAL_TIM_SetCounter(&htim2,0);        // 将Timer2的值重置为指定值0
	// 3.由高电平到低电平表示波已返回，关闭定时器
	while(HAL_GPIO_ReadPin(Echo_GPIO_Port,Echo_Pin)==GPIO_PIN_SET);
	HAL_TIM_Base_Stop(&htim2);
	cnt = __HAL_TIM_GetCounter(&htim2);    // 获取Timer2当前计数值
	// 4.计算时间和距离
    // cnt为计数次数，1次1us，cnt次即cntus，×0.000001转换为s，×340÷2得到距离，单位为m，×100转换为cm
	return (cnt*340/2*0.000001*100);       // 单位为cm
}

主函数：

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_TIM2_Init();
    while (1)
    {
        float dis = 0;  // 存放测距距离
		dis = get_distnce();
		if(dis < 5)									 // 距离小于5cm亮灯
			HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin,GPIO_PIN_RESET);
		else
			HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin,GPIO_PIN_SET);
		
		HAL_Delay(500);								 // 0.5s测量一次
    }
}