STM32F103C8T6第三天：pwm、sg90、超声波、距离感应按键开盖震动开盖蜂鸣器

Cui杰西2023-11-09 18:34

1. 定时器介绍1（317.21）

  • 软件定时（之前的定时方法）（软件延时）
  • 缺点：不精确、占用CPU资源
c 复制代码 
void Delay500ms() //@11.0592MHz
{
  unsigned char i, j, k;
  _nop_();
    i = 4;
    j = 129;
    k = 119;
    do
    {
        do
        {
            while (--k);
        } while (--j);
    } while (--i);
}

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）
  • 通用定时器（TIM2 ~ TIM5）
  • 高级定时器（TIM1 和 TIM8）

STM32F103C8T6定时器资源：

通用定时器介绍：

c 复制代码 
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(可以实时修改)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）可使用外部信号（TIMx_ETR）控制定时器和定时器互连（可以用 1 个定时器控制另外一个定时器）的同步电
路。
定时器计数模式：
定时器时钟源：
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

2. 定时器介绍1（318.22）

定时器计数模式：


定时器时钟源：

定时器溢出时间计算公式：（加一是因为计算机是从0开始计数的）

  • 例如，要定时500ms（0.5s），则：PSC=7199，ARR=4999，Tclk=72M（72000000Hz）

3. 使用定时器中断点亮LED灯（319.23）

  • 需求：使用定时器中断方法，每500ms翻转一次LED1灯状态。
  1. RCC配置
  2. LED1灯配置
  3. 时钟数配置
  4. TIM2配置






  5. 工程配置
  6. 重写更新中断回调函数
  • 代码（6.timer_test/MDK-ARM）
c 复制代码 
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{//重写更新中断回调函数
	if(htim->Instance == TIM2)
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_8);//每过500ms翻转led1的状态
}
  1. 启动定时器
  • 在main.c中，在定时器初始化命令之后加入以下代码：
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

4. PWM概述（320.24）

STM32F103C8T6 PWM 资源：

  • 高级定时器（TIM1）：7路
  • 通用定时器（TIM2~TIM4）：各4路

PWM 输出模式：

  • PWM 模式1：在向上计数时，一旦 CNT < CCRx 时输出为有效电平，否则为无效电平； 在向下计数时，一旦 CNT > CCRx 时输出为无效电平，否则为有效电平。
  • PWM 模式2：在向上计数时，一旦 CNT < CCRx 时输出为无效电平，否则为有效电平； 在向下计数时，一旦 CNT > CCRx 时输出为有效电平，否则为无效电平。

PWM 周期与频率：

PWM 占空比：

  • 由 TIMx_CCRx 寄存器决定。

5. PWM实现呼吸灯效果（321.25）

  • 需求：使用PWM点亮LED1实现呼吸灯效果。

LED灯为什么可以越来越亮，越来越暗？

  • 这是由不同的占空比决定的。

如何计算周期/频率？

  • 假如频率为 2kHz ，则：PSC=71，ARR=499

LED1连接到哪个定时器的哪一路？

  • 学会看产品手册：

开始实战！

  1. 设置时钟


  2. 设置定时器
  • 把极性设置为 Low，因为 LED 灯是低电平亮
  1. 配置工程

  2. 业务代码
  • 代码（7.pwm_test/MDK-ARM）
c 复制代码 
//main函数
// 定义变量
uint16_t pwmVal=0;  //调整PWM占空比 
uint8_t dir=1;    //设置改变方向。1：占空比越来越大；0：占空比越来越小

HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_TIM4_Init();

// 使能 Timer4 第3通道 PWM 输出
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_3);//打开pwm
// while循环实现呼吸灯效果
while (1)
{
  HAL_Delay(1);//如果没有 可能会不亮
  if (dir)
    pwmVal++;//1：越来越亮
  else
    pwmVal--;//0：越来越暗
    
    //pwmVal 达到 PWM 周期时，就会反向改变方向
	if(pwmVal >= htim4.Init.Period)//越来越亮到顶端后
		dir = 0;//变为越来越暗
	else if (pwmVal <= 0)//越来越暗到底端后
		dir = 1;//变为越来越亮
		
	//修改比较值（CCRx）即修改占空比
	__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, pwmVal); 
}

6. 感应开关盖垃圾桶项目概述（322.26）

项目需求

  • 检测靠近时，垃圾桶自动开盖并伴随滴一声，2 秒后关盖
  • 发生震动时，垃圾桶自动开盖并伴随滴一声，2 秒后关盖
  • 按下按键时，垃圾桶自动开盖并伴随滴一声，2 秒后关盖

项目框图

硬件清单

  • SG90舵机，超声波模块，震动传感器，蜂鸣器

7. sg90舵机概述（324.28）

sg90舵机介绍

  • PWM波的频率不能太高，大约50HZ，即周期=1/频率=1/50=0.02s，20ms左右。

确定周期/频率

  • 如果周期为20ms，则 PSC=7199，ARR=199

角度控制

  • 0.5ms-------------0度；2.5% 对应函数中 CCRx 为 5
  • 1.0ms------------45度；5.0% 对应函数中 CCRx 为 10
  • 1.5ms------------90度；7.5% 对应函数中 CCRx 为 15
  • 2.0ms-----------135度；10.0% 对应函数中 CCRx 为 20
  • 2.5ms-----------180度；12.5% 对应函数中 CCRx 为 25

8. sg90舵机编程实战（323.27）

  • 需求： 每隔1s，转动一个角度：0度 --> 45度 --> 90度 --> 135度 --> 180度 --> 0度
  • 接线：
  • STM32CubeMx工程配置



  • 代码（8.sg90_test/MDK-ARM）
c 复制代码 
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_3);//打开Time4 第3通道的 PWM
 while (1)
{
    HAL_Delay(1000);
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 5);
    HAL_Delay(1000);
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 10);
    HAL_Delay(1000);
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 15);
    HAL_Delay(1000);
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 20);
    HAL_Delay(1000);
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 25);
}

9. 超声波传感器介绍及实战（325.29）

超声波传感器介绍

  • 怎么让它发送波

    • Trig ，给Trig端口至少10us的高电平

  • 怎么知道它开始发送了

    • Echo信号，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，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！

    • 波发出去的那一刻，开始启动定时器；
    • 波返回来的拿一刻，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

编程实战

  • 需求： 使用超声波测距，当手离传感器距离小于5cm时，LED1点亮，否则保持不亮状态。
  • 接线：
    • Trig --- PB6
    • Echo --- PB7
    • LED1 --- PB8
  • 定时器配置：
    • 使用 TIM2 ，只用作计数功能，不用作定时。
    • 将 PSC 配置为 71，则计数 1 次代表 1us 。






  • 编写微秒级函数：
c 复制代码 
//使用TIM2来做us级延时函数
void TIM2_Delay_us(uint16_t n_us)
{
  /* 使能定时器2计数 */
  __HAL_TIM_ENABLE(&htim2);
  __HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 0);
  while(__HAL_TIM_GetCounter(&htim2) < (1 * n_us));
  /* 关闭定时器2计数 */
  __HAL_TIM_DISABLE(&htim2);
}

  • 主函数：

    //1. Trig ，给Trig端口至少10us的高电平
    //2. echo由低电平跳转到高电平，表示开始发送波
    //波发出去的那一下，开始启动定时器
    //3. 由高电平跳转回低电平，表示波回来了
    //波回来的那一下，我们开始停止定时器
    //4. 计算出中间经过多少时间
    //5. 距离 = 速度 （340m/s）* 时间/2（计数1次表示1us）
    //每500毫秒测试一次距离

  • 代码（9.sr_04_test/MDK-ARM）

c 复制代码 
int main()
{
	int cnt = 0;
	float distance = 0;
	
	HAL_Init();
	SystemClock_Config();
	MX_GPIO_Init();
  	MX_TIM2_Init();
  	while (1)
  {
		//1. Trig ，给Trig端口至少10us的高电平
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET);//拉高
		TIM2_Delay_us(20);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);//拉低
		
		//2. echo由低电平跳转到高电平，表示开始发送波
		//波发出去的那一下，开始启动定时器
		while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)==GPIO_PIN_RESET);
		HAL_TIM_Base_Start(&htim2);//启动定时器
		__HAL_TIM_SetCounter(&htim2,0);//从0开始计数
		
		//3. 由高电平跳转回低电平，表示波回来了
		//波回来的那一下，我们开始停止定时器
		while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)==GPIO_PIN_SET);
		HAL_TIM_Base_Stop(&htim2);
		
		//4. 计算出中间经过多少时间
		cnt = __HAL_TIM_GetCounter(&htim2);
		
		//5. 距离 = 速度 （340m/s）* 时间/2（计数1次表示1us）
		distance = 340*100*0.000001*cnt/2; //单位：cm
		
		if(distance < 5)
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET);
		else
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET);
		
		//每500毫秒测试一次距离
		HAL_Delay(500);
  }
}

10. 封装超声波测距代码（326.30）

  • 工程配置






  • 代码（10.rubbish_test/MDK-ARM）
c 复制代码 
//使用TIM2来做us级延时函数
void TIM2_Delay_us(uint16_t n_us)
{
    /* 使能定时器2计数 */
    __HAL_TIM_ENABLE(&htim2);
    __HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 0);
    while(__HAL_TIM_GetCounter(&htim2) < ((1 * n_us)-1) );
    /* 关闭定时器2计数 */
    __HAL_TIM_DISABLE(&htim2);
}
double get_distance()
{
		int cnt = 0;
		//1. Trig ，给Trig端口至少10us的高电平
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET);//拉高
		TIM2_Delay_us(20);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);//拉低
		
		//2. echo由低电平跳转到高电平，表示开始发送波
		//波发出去的那一下，开始启动定时器
		while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)==GPIO_PIN_RESET);
		HAL_TIM_Base_Start(&htim2);//启动定时器
		__HAL_TIM_SetCounter(&htim2,0);//从0开始计数
		
		//3. 由高电平跳转回低电平，表示波回来了
		//波回来的那一下，我们开始停止定时器
		while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)==GPIO_PIN_SET);
		HAL_TIM_Base_Stop(&htim2);
		
		//4. 计算出中间经过多少时间
		cnt = __HAL_TIM_GetCounter(&htim2);
		
		//5. 距离 = 速度 （340m/s）* 时间/2（计数1次表示1us）
		return (340*100*0.000001*cnt/2); //单位：cm
}
int main(void)
{
	float distance = 0;		
  	HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_TIM2_Init();
    while (1)
  	{
		distance = get_distance();
		if(distance < 5)
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET);
		else
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET);
		//每500毫秒测试一次距离
		HAL_Delay(500);
  }
}

11. 实现距离感应开关盖（327.31）


  • 代码（10.rubbish_test/MDK-ARM）
c 复制代码 
void openStatusLight()
{
	//点亮LED1
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET);
}
void closeStatusLight()
{
	//熄灭LED1
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);
	HAL_Delay(150);每150毫秒测试一次距离
}

void initSG90_0()
{
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_4); //启动定时器4
	__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 5); //将舵机置为0度
}

void openDusbin()
{
		__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 15); //将舵机置为90度
		HAL_Delay(100);
}
void closeDusbin()
{
	__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 5); //将舵机置为0度
	HAL_Delay(150);//每150毫秒测一次距离
}

12. 添加按键开盖功能（328.32）

  • STM32CubeMx工程配置
  • 代码（10.rubbish_test/MDK-ARM）
c 复制代码 
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
	if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0)
	{
		openDusbin();
	}	
}

13. 添加震动开盖功能（329.33）

  • STM32CubeMx工程配置

  • 代码（10.rubbish_test/MDK-ARM）
c 复制代码 
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
	if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0 || GPIO_Pin == GPIO_PIN_5)
	{
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET ||   //按键
			HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_5) == GPIO_PIN_RESET)	// 震动传感器
		{
			openStatusLight();//开灯
			openDusbin();//开盖
		}
	}
}

14. 添加蜂鸣器（330.34）

  • STM32CubeMx工程配置
  • 代码（10.rubbish_test/MDK-ARM）
c 复制代码 
void openDusbin()
{
	__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 15); //将舵机置为90度
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_RESET);
	HAL_Delay(100);//蜂鸣器响100ms
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_SET);
	HAL_Delay(2000);//开盖两秒
}

15. 解决垃圾筒抽抽Bug（331.35）

  • 代码（10.rubbish_test/MDK-ARM）
c 复制代码 
void openDusbin()
{
	if(flag == CLOSE)
	{
		flag = OPEN;
		__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 15); //将舵机置为90度
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_RESET);
		HAL_Delay(100);//蜂鸣器响100ms
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_SET);
	}
	HAL_Delay(2000);//开盖两秒
}
void closeDusbin()
{
	__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 5); //将舵机置为0度
	flag = CLOSE;
	HAL_Delay(150);//每150毫秒测一次距离
}
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