【STM32嵌入式系统设计与开发】——9Timer(定时器中断实验)

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一、任务描述

二、任务实施

观察电路图:

TXD(底板) ------------------------> PA10

RXD(底板) ------------------------> PA9

使用USB-AB型数据线,连接15核心板USB口,串口发送接收到的数据。

1、ActiveBeep工程文件夹创建

步骤1:复制工程模板"1_Template"重命名为"7_Timer"。

步骤2:修改项目工程名,先删除projects文件夹内除了Template.uvprojx文件外的所有内容并修改为"Timer.uvprojx"。并删除output/obj和output/lst中的所有文件。

步骤3:运行"Timer.uvprojx"打开目标选项"Options for Target"中的"Output"输出文件,并修改可执行文件名称为"Usart"点击"OK"保存设置。最后点击"Rebuild"编译该工程生成Usart文件。

步骤4:复制"2_LEDTest"中的"1_LED"文件复制到hardware中。

步骤6:工程组文件中添加"led.c"和"ActiveBeep.c"文件。

步骤7:目标选项添加添加头文件路径。

2、函数编辑

(1)主函数编辑

连接15核心板USB口,串口发送接收到的数据,串口助手发送一段数据帧,判断数据帧后返回相应数据。

步骤1:端口初始化准备

c 复制代码
    //定义变量
    uint32_t temp=0,t = 0, x = 0,r = 0;
	//函数初始化,端口准备
	delay_init();                       //启动滴答定时器
    usart1_init(9600);                  //USART1初始化
	SystemTinerInit(1000-1,7200-1);     //系统时间初始化 定时100ms

步骤2:实现一个简单的计时器,并在每秒打印一次计时信息。利用LED状态的改变来指示系统正在运行。

c 复制代码
printf("初始化成功!\r\n");
while(1)
{
    /* 如果定时器超时5秒,交替翻转LED状态 */
    if(WaitTimerOut(5))
        LED = !LED;

    /* 获取系统时间并检查是否刚好过了1秒 */
    temp = GetSystemTimer() % 10;
    if((temp == 0) && (!t)) {
        t = 1;
        r = 1;
    }

    /* 如果不到1秒,将t重置为0 */
    if(temp != 0)
        t = 0;

    /* 如果r为真,则打印一次 */
    if(r) {
        x += 1;
        r = 0;
        printf("计时第 %d 秒!\r\n", x);
    }
}

(2)USART1初始化函数(usart1_init())

配置了 PA9 为复用推挽输出,用于 USART1 的 TXD,并配置了 PA10 为浮空输入,用于 USART1 的 RXD。并配置了 USART1 的参数,包括波特率、数据位长度、停止位数、校验位、硬件流控制和工作模式。

c 复制代码
/*********************************************************************
 @Function  : USART1初始化
 @Parameter : bound : 波特率 
 @Return    : N/A
**********************************************************************/   	
void usart1_init(uint32_t bound)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;             										          // 定义 GPIO 初始化结构体
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;            										          // 定义 USART 初始化结构体
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;              										          // 定义 NVIC 初始化结构体

    /* 时钟使能:启用 USART1 和 GPIOA 的时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    /* 引脚复用配置 */  
    // 配置 PA9 为复用推挽输出,用于 USART1 的 TXD
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;   		                             // 设置 GPIO 端口
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                                // 设置 GPIO 速度
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; 								 // 设置 GPIO 模式为复用推挽
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);          							     // 初始化 GPIO

    // 配置 PA10 为浮空输入,用于 USART1 的 RXD
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;                                      // 设置 GPIO 端口
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;                           // 设置 GPIO 模式为浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                                          // 初始化 GPIO

    /* NVIC 中断配置 */ 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;                               // 设置中断通道为 USART1
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3;                       // 设置抢占优先级为3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;                              // 设置子优先级为3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                                 // 使能中断通道
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                                                 // 初始化 NVIC

    /* USART1 配置 */ 
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;                                     // 设置波特率
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;                     // 设置数据位长度为8位
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;                          // 设置停止位为1位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;                             // 设置校验位为无校验
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 设置硬件流控制为无
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;                 // 设置工作模式为接收和发送
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);                                       // 初始化 USART1

		/*中断配置*/
		USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);                                //开接受中断 
		USART_ITConfig(USART1,USART_IT_IDLE,ENABLE);                                //开空闲中断
		USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,ENABLE);                                 //开发送中断	
		USART_Cmd(USART1, ENABLE);                                                  //启用USART1
		USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State = SET;	                                    //置位发送允许标志	      
}

(3)USART数据发送函数( USART1_Send_Data())

初始化PD14端口,并为推挽输出。

c 复制代码
/*********************************************************************
 @Function  : USART数据发送函数
 @Parameter : Data 	 :要发送的数据缓存.
							Lenth  :发送长度
 @Return    : 发送状态   1 :失败   0 :成功
**********************************************************************/
char USART1_Send_Data(char* Data,uint8_t Lenth) 
{
	uint8_t uNum = 0;
	if(USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State == 1)                       //判断发送标志位是否置1
	{
		USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State = 0;                       //将发送标志位清零,表示数据已经成功放入缓存,等待发送
		USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Len = Lenth;                     //获取需要发送的数据的长度       
	  for(uNum = 0;uNum < USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Len;uNum ++)   //将需要发送的数据放入发送缓存
	  {
		  USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Buffer[uNum] = Data[uNum];
	  }
    USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,ENABLE);			            //数据放入缓存后打开发送中断,数据自动发送
	}
	return USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State;                        //返回放数据的状态值,为1表示发送失败,为0表示发送成功了
}

(4)USART数据发送函数( USART1_IRQHandler())

c 复制代码
/*********************************************************************
 @Function  : USART1中断服务函数
 @Parameter : N/A 
 @Return    : N/A
**********************************************************************/
void USART1_IRQHandler(void)                
{
	 uint8_t Clear = Clear;                                                                           // 定义清除标志的变量,并初始化为自身
	static uint8_t uNum = 0;                                                                          // 静态变量,用于循环计数
	 
  if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) != RESET)                                                // 判断读数据寄存器是否为非空
  {
    USART_ClearFlag(USART1, USART_IT_RXNE);                                                           // 清零读数据寄存器,其实硬件也可以自动清零
    USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Buffer[USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Num ++] = \
		(uint16_t)(USART1->DR & 0x01FF);                                                              // 将接收到的数据存入接收缓冲区
		(USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Num) &= 0xFF;                                                     // 防止缓冲区溢出
  } 
	
	else if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_IDLE) != RESET)   // 检测空闲
	{
	  Clear = USART1 -> SR;                                                                         // 读SR位
		Clear = USART1 -> DR;                                                                       // 读DR位,
	  USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Len = USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Num;                              // 获取数据长度
		for(uNum = 0; uNum < USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Len; uNum ++)          
		{
				USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Data[uNum] = USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Buffer[uNum];      // 将接收到的数据复制到接收数据缓冲区
		}
		USART_DataTypeStr.Usart_Rx_Num = 0;                                                           // 清空接收计数器
		USART_DataTypeStr.Usart_Rc_State = 1;                                                         // 数据读取标志位置1,读取串口数据
	}
	
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_TXE) != RESET)                                                  // 判断发送寄存器是否为非空
  {
		USART1->DR = \
		((USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Buffer[USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Num ++]) & (uint16_t)0x01FF);    // 发送数据
		(USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Num) &= 0xFF;                                                       // 防止缓冲区溢出
    if(USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Num >= USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Len)
    {   
			USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,DISABLE);                                                // 发送完数据,关闭发送中断
			USART_DataTypeStr.Usart_Tx_Num = 0;                                                         // 清空发送计数器
			USART_DataTypeStr.Usart_Tc_State = 1;                                                       // 发送标志置1,可以继续发送数据了
    } 		
	}
	
}

(5)系统时间初始化函数( SystemTinerInit())

Tout=((arr+1)*(psc+1))/Ft us,Ft=定时器工作频率,单位:Mhz;初始化TIM3定时器,配置定时器的周期值、预分频值、计数模式等参数,并使能定时器及其中断

c 复制代码
/*********************************************************************
 @Function  : 系统时间初始化
 @Parameter : arr:自动重装值。
							psc:时钟预分频数
 @Return    : N/A
 @Read 			:Tout=((arr+1)*(psc+1))/Ft us,Ft=定时器工作频率,单位:Mhz
**********************************************************************/
void SystemTinerInit(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;               // 定义TIM基本参数结构体

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;                         // 定义中断优先级配置结构体

    /* 时钟使能 */
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);         // 使能TIM3时钟

    /* TIM配置 */
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;                      // 设置定时器的周期值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc;                   // 设置定时器的预分频值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;      // 设置时钟分频因子为1
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // 设置计数模式为向上计数
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);              // 初始化TIM3定时器

    /* 允许中断 */
    TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);                   // 使能TIM3更新(溢出)中断

    /* NVIC 配置 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;              // 设置TIM3中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;    // 设置TIM3中断的抢占优先级为0
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;           // 设置TIM3中断的子优先级为3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;              // 使能TIM3中断通道
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                              // 初始化NVIC

    /* 使能TIMx */
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                                       // 使能TIM3定时器
}

(6)等待计时函数( WaitTimerOut())

定时器超时检测功能,根据传入的参数 gTimer 和系统时钟计数器,判断定时器是否超时,并返回相应的状态。

c 复制代码
/*********************************************************************
 @Function  : 等待计时
 @Parameter : gTimer :等待时间,100ms一个单位
 @Return    : 1表示超时,0表示未超时
**********************************************************************/
uint8_t WaitTimerOut(uint32_t gTimer)
{	
	uint32_t GTr = 0;                         // 定义变量用于存储定时器剩余时间

	
	if(gTimer==0) return 1;                   // 如果等待时间为0,则直接返回1,表示不等待

	
	GTr = SystemTimer % gTimer;	              // 计算定时器剩余时间

	
	if((GTr==0) && (!Rti) && (Gti != gTimer)) // 如果定时器剩余时间为0,且上次未检测到超时,并且当前定时器时间不等于上次记录的时间
	{ 
		Rti=1;                                // 设置标志表示检测到定时器超时
		Gti = gTimer;                         // 更新记录的定时器时间
		return 1;                             // 返回1表示超时
	}
	
	else if((GTr!=0) && (Rti))                // 如果定时器剩余时间不为0,且上次检测到超时,则将标志置为0
		Rti=0;


	if(!GetTimer) GetTimer = SystemTimer;	  // 如果记录定时器开始时间为0,则将其设置为当前系统时间

	
	if(SystemTimer - GetTimer == gTimer)      // 如果当前系统时间减去记录的定时器开始时间等于设定的等待时间,则返回1表示超时
	{ 
		GetTimer = 0;                         // 将记录的定时器开始时间清零,准备下一次记录
		return 1;                             // 返回1表示超时
	}

	return 0;                                 // 返回0表示未超时
}

(7)系统时间定时器中断服务函数( TIM3_IRQHandler())

实现TIM3定时器的中断服务程序,每次定时器溢出时,增加 SystemTimer 计数值,并在计数到60时归零,同时清除中断标志位。

c 复制代码
/*********************************************************************
 @Function  : 系统时间定时器中断服务函数
 @Parameter : N/A
 @Return    : N/A
**********************************************************************/
void TIM3_IRQHandler(void)   
{	
  // 检查定时器更新中断是否触发
	if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) == SET) // 溢出中断
	{
		SystemTimer++;                                // 系统时间计数器加1

		if(SystemTimer == 60)	                        // 如果系统时间计数器达到60,则重置为0,并且清零记录的定时器开始时间
		{	
		    SystemTimer = 0;
			GetTimer = 0;
		}
	}
  // 清除定时器更新中断标志位
	TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);     // 清除中断标志位
}

(8)获取系统计时时间函数( GetSystemTimer())

c 复制代码
/*********************************************************************
 @Function  : 获取系统计时时间
 @Parameter : N/A
 @Return    : N/A
**********************************************************************/
uint32_t GetSystemTimer(void)
{
   return SystemTimer;
}

3、宏定义

步骤1:主函数添加所需的led,主源文件部分报错消失

c 复制代码
/***********Hardweare***************/
#include "led.h"

步骤2:添加宏定义

c 复制代码
#define USART_RX_LEN  200               // 接收缓冲区最大长度
#define USART_TX_LEN  200               // 发送缓冲区最大长度
#define UART_NUM      10                // 串口结构体最大对象数量

步骤3:添加函数声明

c 复制代码
void usart1_init(uint32_t bound);
extern USART_DataTypeDef USART_DataTypeStr; 
char USART1_Send_Data(char* Data,uint8_t Lenth);

步骤4:添加数据类型和宏的头文件

c 复制代码
//定义串口数据结构体
typedef struct USART_DataType 
{
    uint8_t Usart_Rx_Len;          // 接收缓冲区长度
    uint8_t Usart_Tx_Len;          // 发送缓冲区长度
    uint8_t Usart_Rx_Num;          // 接收数据计数
    uint8_t Usart_Tx_Num;          // 发送数据计数
    uint8_t Usart_Rc_State;        // 接收状态标志位
    uint8_t Usart_Tc_State;        // 发送状态标志位
    char Usart_Rx_Buffer[USART_RX_LEN]; // 接收缓冲区
    char Usart_Tx_Buffer[USART_TX_LEN]; // 发送缓冲区
    char Usart_Rx_Data[USART_RX_LEN];   // 接收数据
    char Usart_Tx_Data[USART_TX_LEN];   // 发送数据
} USART_DataTypeDef;

步骤5:定义一个串口数组变量

c 复制代码
USART_DataTypeDef USART_DataTypeStr={0};

定时器宏定义

步骤1:创建一个宏定义保护

c 复制代码
#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H

#endif

步骤2:添加函数声明

c 复制代码
void SystemTinerInit(uint16_t arr,uint16_t psc);//系统时间初始化函数
uint32_t GetSystemTimer(void);                  //获取系统计时时间函数
uint8_t WaitTimerOut(uint32_t gTimer);          //等待计时函数

步骤3:添加数据类型和宏的头文件

c 复制代码
#include <stdint.h> 

4、知识链接

(1)不同类型的定时器模块

高级、通用和基本定时器是指在STM32微控制器中的不同类型的定时器模块。

(2)计数器模式

定时器的计数器模式是指定时器以特定时钟频率不断递增计数,当计数值达到预设的值时触发中断或者执行特定的操作。

(3)STM32中断

使用NVIC统一管理中断,每个中断通道都拥有16个可编程的优先等级,可对优先级进行分组,进一步设置抢占优先级和响应优先级

5、工程测试

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