合宙AIR105(三): 定时器, 定时器中断和PWM输出

目录

• 合宙AIR105(一): Keil MDK开发环境, DAP-Link 烧录和调试
• 合宙AIR105(二): 时钟设置和延迟函数
• 合宙AIR105(三): 定时器, 定时器中断和PWM输出
• 合宙AIR105(四): SPI, MAX7219 8x8LED驱动

Air105 的 Timer

定时器

• 1 个 Timer 单元，包含 8 个独立定时器: Timer0 - Time7
• 8 个定时器中断源独立，每个定时器单独占 1 个中断源
• 使用 PCLK 时钟频率作为定时器计时钟源
• 定时器采用向下计数方式

定时器的两种运行模式

• user-defined: 定时器计数值载入TimerNLoadCount寄存器设定值, 使用用户模式可以产生固定时间的定时器中断
• free-runing: 定时器计数值会载入其允许的最大值, 即0xFFFFFFFF. 在定时器产生中断(计数到0)前, 用户可以再编程或禁止定时器中断. 使用这个模式, 定时器只产生1次中断, 中断产生后计数重置为 0xFFFFFFFF 并向下计数, 但不会再产生中断.

PWM

• 每个 Timer 单元定时器都支持 PWM 模式
• PWM 模式最高频率 PCLK/2
• PWM 单次触发（one shot）功能

定时器相关代码

以下代码基于 air105_project https://gitee.com/iosetting/air105_project 的库函数

定时器模块结构

在Air105中, 全局只有一个定时器模块, 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;

这个 TIMM0 的地址定义在 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
• 范围 [0x4001_3000, 0x4001_3FFF]

定时器初始化

定时器的初始化只需要两个参数: TIMx, 周期(时钟数), 为配合定时器使用, 还需要定义中断

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

    // 开启定时器的外设时钟
    SYSCTRL_APBPeriphClockCmd(SYSCTRL_APBPeriph_TIMM0, ENABLE);
    SYSCTRL_APBPeriphResetCmd(SYSCTRL_APBPeriph_TIMM0, ENABLE);

    // 定时器的时钟是 PCLK, 计数间隔为 1ms 对应的时钟数
    TIM_InitStruct.TIM_Period = SYSCTRL->PCLK_1MS_VAL;
    // 使用 定时器0
    TIM_InitStruct.TIMx = TIM_0;
    // 初始化
    TIM_Init(TIMM0, &TIM_InitStruct);
    // 开启定时器0的中断
    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);

    // 启动定时器0
    TIM_Cmd(TIMM0, (TIM_NumTypeDef)TIM_0, ENABLE);
}

在库函数中, 会将模式设为 user-defined, 即自动循环, 重复载入周期并产生中断.

/**
  * @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;
}

定时器中断处理

Air105对应每个定时器, 各有一个中断处理函数, 可以查看 startup.air105.s 中的中断向量定义

TIM0_0_IRQHandler
TIM0_1_IRQHandler
TIM0_2_IRQHandler
TIM0_3_IRQHandler
TIM0_4_IRQHandler
TIM0_5_IRQHandler
TIM0_6_IRQHandler
TIM0_7_IRQHandler

对应 Timer0 的中断处理, 写在 air105_it.c. TIM_ClearITPendingBit 和 NVIC_ClearPendingIRQ 是必须调用的, 用于清除中断

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

下面加入处理逻辑的例子, 每秒调用一次 timer_handler(), 注意不要在中断处理中使用耗时的工作

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);
}

定时器示例代码

使用Timer0控制板载LED每隔一秒闪烁

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

Air105 的 PWM

Air105 的8个独立定时器均可编程产生PWM信号. 当用户设定TimerNControlReg中PWM比特位为1后，定时器进入PWM工作模式. 此时 PWM 由 TimerNLoadCount2 和 TimerNLoadCount 寄存器分别控制高电平及低电平周期翻转输出.

频率和占空比设置

• 高电平周期 = (TimerNLoadCount2 + 1) * PCLK_Period
• 低电平周期 = (TimerNLoadCount + 1) * PCLK_Period

PWM 相关代码

PWM初始化也只需要三个参数 TIMx 和高低电平两个周期, 两者之和就是一个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的库函数中, 默认将模式设为 user-defined, 自动循环载入周期, 并屏蔽中断

/**
  * @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;
}

将 PB5 功能复用为 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");

实时调节占空比, 后两个参数代表PCLK时钟周期个数

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

PWM示例代码

使用PWM5(Timer5)控制LED产生呼吸灯效果

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

示例接线:

根据 开发板的BOM PCB 查看 https://wiki.luatos.com/_static/bom/Air105.html
示例中使用Timer4, Timer5对应的PWM4和PWM5输出, 使用的是PB4和PB5, 对应开发板的SP2_MO和SP2_MI, 开发板上的PWM5对应的是PC7, 要注意, 别接错了.
运行示例, 将两个LED各自串接一个1-5K的电阻, 分别接GND后接在SP2_MO和SP2_MI上, 就能看到呼吸灯的效果了