單片機產(chǎn)品設(shè)計與調(diào)試-基于STM32F1xx機型和HAL庫函數(shù) 教案 項目6、利用計數(shù)器實現(xiàn)工件計數(shù)顯示和打包控制

PAGE19項目6、利用計數(shù)器實現(xiàn)工件計數(shù)顯示和打包控制項目總目標(biāo)看懂STM32內(nèi)部定時器的計數(shù)路徑；掌握利用外部時鐘模式1、外部時鐘模式2以及更新中斷實現(xiàn)脈沖計數(shù)的軟硬件設(shè)計方法。具體工作任務(wù)利用STM32單片機的外部時鐘模式1外部時鐘模式2，實現(xiàn)生產(chǎn)線工件計數(shù)顯示與控制任務(wù)。圖6.0.1生產(chǎn)線工件計數(shù)顯示器示意圖

任務(wù)6.1利用外部時鐘模式1實現(xiàn)生產(chǎn)線工件計數(shù)顯示一、任務(wù)目標(biāo)任務(wù)目標(biāo)：初步掌握用外部時鐘模式1和TIMx_CH引腳，實現(xiàn)脈沖計數(shù)的方法。具體工作任務(wù)：利用STM32單片機的外部時鐘模式1和TIMx_CH引腳，進行生產(chǎn)線工件檢測，要求每過一個工件，計數(shù)值加1并顯示，滿100個自動清0，并重新開始計數(shù)。二、學(xué)習(xí)與實踐討論與發(fā)言請結(jié)合項目4和項目5，談一談本任務(wù)的設(shè)計思路。請閱讀以下資料并按照指示的工作順序完成任務(wù)。（二）通用定時器的結(jié)構(gòu)再認識1、外部時鐘模式1路徑圖6.1.1通用定時器的TIMx_CH1和TIMx_CH2的外部時鐘模式1路徑在項目5中，我們已經(jīng)使用過內(nèi)部時鐘模式（InternalClockMode）實現(xiàn)定時控制和PWM輸出。本任務(wù)中我們將使用外部時鐘模式1（ExternalTriggerClockMode1）實現(xiàn)對傳感器輸入的脈沖進行計數(shù)。從圖6.1.1可以看出，內(nèi)部時鐘模式下，控制器的輸入脈沖來自CK_INT，也就是TIMxCLK；外部時鐘模式1情況下，控制器的脈沖則來自TRGI（TriggerInput，觸發(fā)輸入）。在項目5中，我們曾使用TIMxCH1～TIMx_CH4引腳做PWM輸出。這四個引腳被表達在圖6.1.1的右側(cè)，作為OC1～OC4的輸出引腳。但你一定很早就注意到在圖的左側(cè)，也有四個同名的引腳TIMxCH1～TIMx_CH4。將引腳畫在左側(cè)，代表做輸入，做TI1～TI4的輸入引腳（TriggerInput）。本任務(wù)中我們只研究TI1和TI2。要實現(xiàn)工件計數(shù)任務(wù)，可將光電傳感器輸入的脈沖接在TIMx_CH1或TIMx_CH2引腳上。通過編程，可以使輸入脈沖信號按照如下三條路徑進入CNT計數(shù)器：路徑1：TIMx_CH1→TI1→TI1FP1→TRGI→CK_PSC→CK_CNT路徑2：TIMx_CH1→TI1→TI1F_ED→TRC→TRGI→CK_PSC→CK_CNT路徑3：TIMx_CH2→TI2→TI2FP2→TRGI→CK_PSC→CK_CNT當(dāng)然，從圖6.1.1可以看出，外部時鐘模式1即TRGI的來源不止這三條，本任務(wù)中我們只研究這三條。在這三種情況下，計數(shù)脈沖來自外部引腳，CNT計數(shù)器對外部脈沖（而不是內(nèi)部脈沖CK_CNT）進行計數(shù)。通過讀取計數(shù)值，就可以知道來了多少個脈沖；通過計數(shù)值與ARR值的比較結(jié)果，就可以知道輸入脈沖是否達到了預(yù)定的數(shù)量，這就是TIM進行外部脈沖計數(shù)的原理。2、計數(shù)過程如圖6.1.1，來自TIMx_CH1和TIMx_CH2引腳的外部脈沖經(jīng)過了多路開關(guān)、輸入濾波/邊沿檢測、控制器、PSC預(yù)分頻器被送入CNT計數(shù)器。計數(shù)過程中還使用到ARR寄存器。關(guān)于控制器、PSC預(yù)分頻器、ARR等設(shè)備的作用在項目5中我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過，這里只看多路開關(guān)、輸入濾波和邊沿檢測電路。多路開關(guān)多路開關(guān)常常具有多個輸入和1個輸出。輸出來自哪個輸入取決于編程設(shè)置。例如可以通過編程設(shè)置TI1來自TIMx_CH1還是來自異或門。也可以設(shè)置TRC信號來自ITR或TI1F_ED。（2）輸入濾波功能：輸入濾波器用于濾掉疊加在輸入信號中的干擾。過濾掉干擾信號后的理想波形如圖6.1.2所示。圖6.1.2過濾掉干擾后的理想波形設(shè)定值：濾波系數(shù)可編程設(shè)定，允許范圍是0～15。濾波系數(shù)=0，不濾波；濾波系數(shù)=15，濾波能力最強。濾波系數(shù)不同，濾掉干擾信號的頻率范圍不同。本項目暫不考慮濾波系數(shù)的選擇方法，將濾波系數(shù)設(shè)為0。（3）邊沿檢測功能：邊沿檢測用于決定是對輸入信號的上升沿還是下降沿進行檢測，可編程設(shè)定。例如希望輸入信號每來一個上升沿進行計數(shù)，就應(yīng)將其設(shè)置為上升沿觸發(fā)。圖6.1.3設(shè)置為上升沿觸發(fā)、加計數(shù)、PSC不分頻、ARR=3圖6.1.4設(shè)置為下降沿觸發(fā)、加計數(shù)、PSC不分頻、ARR=3如圖6.1.3所示，如果指定對輸入信號的上升沿進行檢測，并且PSC不分頻、加計數(shù)模式、ARR=3，則輸入引腳上每來1個上升沿，經(jīng)定時器時鐘CK_INT同步后，CK_CNT輸出1個脈沖，計數(shù)值加1；計數(shù)值加到4自動重裝為0；重裝時，發(fā)出更新中斷請求。如圖6.1.4所示，如果指定對輸入信號的下降沿進行檢測，其它不變，則輸入引腳上每來1個下降沿，計數(shù)值加1；計數(shù)值加到4自動重裝為0，同時發(fā)出更新中斷請求。CNT也可以做減計數(shù)或加/減計數(shù)，計數(shù)值的變化規(guī)律同任務(wù)5.1中所述，這里不再細述。3、可使用的引腳做輸入時，TIMx_CH1～TIMx_CH4允許使用的引腳與做輸出時完全相同，詳細情況請參見項目5表5.6.2。本任務(wù)中我們只研究TIMx_CH1和TIMx_CH2。（三）系統(tǒng)方案及電路設(shè)計圖6.1.5系統(tǒng)方案、傳感器電路、數(shù)碼管電路本系統(tǒng)方案和電路設(shè)計與項目4類似，需要光電傳感器進行工件檢測、需要數(shù)碼管進行工件數(shù)顯示。但光電傳感器電路能使用的引腳受到定時器限制，只能從表5.6.2中選擇。本任務(wù)只學(xué)習(xí)TIMxCH1和TIMxCH2輸入，可選TIM5_CH1通道，它默認復(fù)用PA0引腳，剛好與開發(fā)板上K_UP按鍵相同。系統(tǒng)方案、傳感器電路、數(shù)碼管電路如圖6.1.5。（四）程序設(shè)計與調(diào)試1、程序流程設(shè)計圖6.1.6（a）是項目4我們使用外部中斷實現(xiàn)工件計數(shù)的流程。每當(dāng)EXTI引腳有脈沖輸入時，程序自動進入中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中通過計數(shù)值+1語句實現(xiàn)計數(shù)。圖6.1.6（b）是利用定時器的計數(shù)功能實現(xiàn)工件計數(shù)的流程。初始化定時器后，定時器開始自動檢測PA0引腳是否有脈沖輸入，如果有自動進行加1計數(shù)，因此無需軟件加1，主程序只需不斷讀取計數(shù)器的計數(shù)值并將其送數(shù)碼管顯示即可，中斷程序也不再需要。圖6.1.6程序流程2、搭建框架（1）復(fù)制文件夾：05-08-電機調(diào)速-通用定時器PWM輸出-PC7和PC6，修改副本文件名為：06-01-工件計數(shù)-通用計數(shù)器-外部時鐘模式1-路徑1。（2）打開文件夾，修改工程文件名為Workpiece_count。（3）雙擊Workpiece_count，打開keil5，按照圖6.1.7設(shè)置project和包含路徑。圖6.1.7程序框架3、主程序設(shè)計與調(diào)試第13行定時器初始化函數(shù)中，將PSC設(shè)定值設(shè)為1-1，不分頻，這樣每來1個脈沖，計數(shù)值加1。因為希望計數(shù)值滿100個自動清0，第13行將ARR設(shè)定值設(shè)為100-1。第16行用了一個庫宏函數(shù)，讀取計數(shù)值。第18行將得到的計數(shù)值送數(shù)碼管顯示。有關(guān)計數(shù)值讀取庫宏__HAL_TIM_GET_COUNTER（&定時器操作變量）的說明參見項目5表5.5.1。定時器程序設(shè)計與調(diào)試應(yīng)將程序中所有的定時器都替換為TIM5。第11～16行用于定時器基本初始化，并調(diào)用第25行的對應(yīng)Base_MspInit函數(shù)。第18行用于啟動定時器。注意這里并不需要啟動定時器中斷，因此庫函數(shù)名中少了“IT”。第34～39行用于初始化PA0引腳。注意第35行，應(yīng)將其設(shè)置為復(fù)用輸入。第36行和37行則根據(jù)需要選擇其中之一。第29～32行用于開啟GPIO時鐘、定時器時鐘、復(fù)用時鐘并指出重映射的方式。關(guān)于重映射方式，請參見項目5表5.6.8～5.6.11。第27行定義了一個時鐘源設(shè)置變量，其類型為TIM_ClockConfigTypeDef。第41～44行是給時鐘源設(shè)置變量賦值，以便指出脈沖從哪里來，觸發(fā)方式、分頻系數(shù)、濾波系數(shù)。第45行使用了時鐘源設(shè)置庫函數(shù)，進行時鐘源初始化。關(guān)于時鐘源設(shè)置庫函數(shù)表6.1.1給出了具體解釋。表6.1.1定時器時鐘源設(shè)置庫函數(shù)庫函數(shù)名：HAL_TIM_ConfigClockSource(&TIM操作變量,&TIM時鐘源)原型：HAL_StatusTypeDefHAL_TIM_ConfigClockSource（TIM_HandleTypeDef*htim,TIM_ClockConfigTypeDef*sClockSourceConfig）功能：按照TIM時鐘源的值，設(shè)置TIM操作變量指定的定時器，并返回操作結(jié)果。其中：TIM操作變量類型為TIM_HandleTypeDef，返回值的類型為HAL_StatusTypeDef，這二者的定義參見表5.2.1和5.2.2。TIM時鐘源的數(shù)據(jù)類型為TIM_ClockConfigTypeDef，具體定義如下：typedefstruct{uint32_tClockSource;/*TIM時鐘源，具體取值見后*/uint32_tClockPolarity;/*時鐘極性，具體取值見后*/uint32_tClockPrescaler;/*時鐘分頻系數(shù)，具體取值見后*/uint32_tClockFilter;/*濾波系數(shù)，取值為：0～15*/}TIM_ClockConfigTypeDef；ClockSource（TIM時鐘源）取值：TIM_CLOCKSOURCE_ETRMODE2：外部時鐘模式2，來自TIMx_ETRTIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL：內(nèi)部時鐘模式，來自CK_INTTIM_CLOCKSOURCE_ITR0：外部時鐘模式1，來自ITR0TIM_CLOCKSOURCE_ITR1：外部時鐘模式1，來自ITR1TIM_CLOCKSOURCE_ITR2：外部時鐘模式1，來自ITR2TIM_CLOCKSOURCE_ITR3：外部時鐘模式1，來自ITR3TIM_CLOCKSOURCE_TI1ED：外部時鐘模式1，來自TI1F_EDTIM_CLOCKSOURCE_TI1：外部時鐘模式1，來自TI1FP1TIM_CLOCKSOURCE_TI2：外部時鐘模式1，來自TI2FP2TIM_CLOCKSOURCE_ETRMODE1外部時鐘模式1，來自ETRFClockPolarity（時鐘極性）取值：TIM_CLOCKPOLARITY_INVERTED（取反，ETR時鐘源用）TIM_CLOCKPOLARITY_NONINVERTED（不取反，ETRx時鐘源用）TIM_CLOCKPOLARITY_RISING（上升沿，TIx時鐘源用）TIM_CLOCKPOLARITY_FALLING（下降沿，TIx時鐘源用）TIM_CLOCKPOLARITY_BOTHEDGE（上升和下降沿，TIx時鐘源用）ClockPrescaler（時鐘分頻系數(shù)）取值：TIM_CLOCKPRESCALER_DIV1（2）TIM_CLOCKPRESCALER_DIV2（3）TIM_CLOCKPRESCALER_DIV4（4）TIM_CLOCKPRESCALER_DIV8外部時鐘模式1的信號源將圖6.1.1簡化為圖6.1.8，可看到，外部時鐘模式1的信號源TRGI有8個，從上到下分別是：（1）ETRF；（2）ITR0；（3）ITR1；（4）ITR2；（5）ITR3；（6）TI1F_ED；（7）TI1FP1；（8）TI2FP2。圖6.1.8外部時鐘模式1的8個信號源如果將TIM時鐘源設(shè)置為：TIM_CLOCKSOURCE_TI1，則定時器的計數(shù)脈沖來自TI1FP1。很容易看出，TI1FP1來自TI1。由于上電復(fù)位后異或門被關(guān)閉，TI1信號將來自TIMxCH1引腳輸入。這就是之前我們所說的路徑1。如果將TIM時鐘源設(shè)置為：TIM_CLOCKSOURCE_TI1ED（ED=Edge即邊沿），則定時器的計數(shù)脈沖來自TI1F_ED。從圖中可以看出，TI1F_ED同樣來自TI1。在異或門被關(guān)閉情況下，TI1_ED信號也來自引腳TIMx_CH1，這就是之前我們所說的路徑2。路徑2與路徑1的區(qū)別是，路徑2是沿檢測，無論上升沿或下降都觸發(fā)計數(shù)。路徑1則可編程設(shè)定觸發(fā)沿。如果將TIM時鐘源設(shè)置為：TIM_CLOCKSOURCE_TI2，則定時器的計數(shù)脈沖來自TI2FP2。這就是之前我們所說的路徑3。此時脈沖信號來自TIMxCH2引腳。數(shù)碼管程序設(shè)計與調(diào)試與之前相比沒有變化。6、軟硬件聯(lián)調(diào)（1）連接電路，連接開發(fā)板到計算機；（2）按照圖6.1.9，在“Options”中找到開發(fā)板的IDCODE并進行設(shè)置；（3）編譯、生成、下載程序到開發(fā)板；（4）反復(fù)按下K_UP按鍵，模擬工件到來與離去，觀察程序運行效果，如果不正確，修改程序或電路直到運行結(jié)果正確。（5）修改時鐘分割系數(shù)ClockDivision為DIV4，濾波系數(shù)ClockFilter為15，觀察效果。（6）將外部時鐘模式1的信號源指定為TI1F_ED，下載后觀察有何不同。（7）利用TIM5_CH2引腳接收傳感器輸入脈沖，修改程序，下載后調(diào)試。圖6.1.9目標(biāo)板設(shè)置故障現(xiàn)象：解決辦法：原因分析：

三、要點記錄及成果檢驗任務(wù)6.1利用TIMx_CH引腳實現(xiàn)工件計數(shù)顯示姓名學(xué)號日期分數(shù)（一）術(shù)語記錄英文中文ExternalTriggerClockModeInternalClockModeTriggerInputConfigClockSourcePolarityFilterEdge（二）自主設(shè)計用TIM3_CH2引腳和外部時鐘模式1，完成如下功能：每按下按鍵1次，計數(shù)加1并顯示，加到100自動清0。請畫出電路圖，寫出程序并調(diào)試。

任務(wù)6.2利用外部時鐘模式2實現(xiàn)生產(chǎn)線工件計數(shù)顯示一、任務(wù)目標(biāo)任務(wù)目標(biāo)：掌握用外部時鐘模式2或外部時鐘模式1對TIMx_ETR引腳輸入脈沖進行計數(shù)的方法。具體工作任務(wù)：利用STM32單片機的TIMx_ETR引腳，進行生產(chǎn)線工件檢測，要求每過一個工件，計數(shù)值加1并顯示，滿100個自動清0，并重新開始計數(shù)。二、學(xué)習(xí)與實踐（一）討論與發(fā)言請結(jié)合任務(wù)1，談一談本任務(wù)的設(shè)計思路。請閱讀以下資料并按照指示的工作順序完成任務(wù)。（二）通用定時器的結(jié)構(gòu)再認識1、外部時鐘模式2路徑圖6.2.1通用定時器的TIMx_ETR的外部時鐘模式路徑STM32通用定時器也支持從TIMx_ETR引腳輸入外部脈沖，通過編程，可使信號通過兩條路徑進入CNT計數(shù)器：路徑1：TIMx_ETR→ETR→ETRP→ETRF→TRGI→CK_PSC→CK_CNT（外部時鐘模式1）路徑2：TIMx_ETR→ETR→ETRP→ETRF→→→→CK_PSC→CK_CNT（外部時鐘模式2）無論哪一種，CNT計數(shù)器都是對來自TIMx_ETR引腳的外部脈沖進行計數(shù)。通過讀取計數(shù)值，就可以知道來了多少個脈沖；通過計數(shù)值與ARR值的比較結(jié)果，就可以知道輸入脈沖是否達到了預(yù)定的數(shù)量。2、計數(shù)過程如圖6.2.1，來自TIMx_ETR引腳的外部脈沖經(jīng)過了極性選擇/邊沿檢測/預(yù)分頻器、輸入濾波器、控制器、PSC預(yù)分頻器到達CNT進行計數(shù)，并與ARR寄存器內(nèi)容相比較。與來自TIMx_CH1和TIMx_CH2引腳的外部時鐘模式1路徑相比，多了一個預(yù)分頻器，這個預(yù)分頻器也稱為ETR預(yù)分頻器。它的作用和PSC預(yù)分頻器一樣也是對輸入脈沖做分頻處理的。ETR預(yù)分頻系數(shù)設(shè)定值：1、2、4、8。表6.1.1中的ClockPrescaler（時鐘分頻系數(shù)）就是設(shè)定此參數(shù)的，這個參數(shù)也叫做ETR預(yù)分頻系數(shù)。加計數(shù)模式下，如果ETR預(yù)分頻系數(shù)=2，PSC預(yù)分頻系數(shù)=3-1，則總分頻系數(shù)=2×3=6，即ETR引腳每來6個脈沖，CNT計數(shù)1次。從直觀的角度，肯定是設(shè)置ETR預(yù)分頻系數(shù)=1比較好，這樣ETR引腳每來一個脈沖，計數(shù)值+1。計數(shù)值和脈沖數(shù)一一對應(yīng)。但是如果輸入脈沖的頻率過高，超過了1/4倍的fCK_INT時，就需要對ETR信號進行預(yù)分頻，以確保定時器能正常工作。fCK_INT=72MHz情況下，可算出，高于72/4=18MHz的信號必須做ETR預(yù)分頻。本項目中傳送帶速度約為每秒1個工件，頻率只有1Hz，遠小于18MHz，無需ETR分頻，設(shè)定為1即可。假如輸入脈沖頻率較高，例如=40MHz，就應(yīng)該做ETR4分頻或者8分頻，如果做4分頻，會降到10MHz，這樣定時器才能正常工作。3、占用引腳通用定時器使用的TIMx_ETR引腳如表6.2.1所示。表6.2.1通用定時器的ETR引腳TIM編號引腳名復(fù)用引腳TIM2TIM2_CH1_ETRPA0（默認）/PA15（部分重映像）TIM3TIM3_ETRPD2（默認）TIM4TIM4_ETRPE0（默認）TIM5TIM5_ETR-其中TIM5沒有ETR引腳，TIM2的ETR引腳叫TIM2_CH1_ETR。如果使用通用定時器，電路設(shè)計時只能使用這4個引腳。這里仍然選用PA0，以便調(diào)試時可以利用開發(fā)板上的K_UP按鍵代替?zhèn)鞲衅?。系統(tǒng)方案及電路設(shè)計系統(tǒng)方案和電路設(shè)計如圖6.2.2所示，與任務(wù)6.1相同。圖6.2.2系統(tǒng)方案、傳感器電路、數(shù)碼管電路（四）程序設(shè)計與調(diào)試1、程序流程設(shè)計按照以上分析，可以利用TIM2_CH1_ETR引腳進行脈沖信號輸入，利用外部時鐘模式1或模式2進行計數(shù)。程序流程與任務(wù)6.1完全相同。圖6.2.3程序流程2、搭建框架（1）復(fù)制文件夾：06-01-工件計數(shù)-通用計數(shù)器-外部時鐘模式1-路徑1，修改副本文件名為：06-02-工件計數(shù)-通用計數(shù)器-外部時鐘模式2，如圖6.2.4所示；（2）雙擊Workpiece，打開keil5。圖6.2.4程序框架3、主程序設(shè)計與調(diào)試將主程序中的TIM5替換為TIM2即可。4、定時器程序設(shè)計與調(diào)試將原程序中所有的TIM5替換為TIM2；修改32行的TIM重映射語句，確保TIM2_CH1_ETR使用PA0引腳；修改41行，將時鐘源設(shè)為：TIM_CLOCKSOURCE_ETRMODE2（外部時鐘模式2）。修改42行，極性設(shè)為TIM_CLOCKPOLARITY_NONINVERTED（不取反）。5、數(shù)碼管程序設(shè)計與調(diào)試不變。6、軟硬件聯(lián)調(diào)（1）連接電路，連接開發(fā)板到計算機；（2）在“Options”中找到開發(fā)板的IDCODE并進行復(fù)位、下載和啟動設(shè)置；（3）編譯、生成、下載程序到開發(fā)板；（4）按下K_UP或用手反復(fù)遮擋光電傳感器，模擬工件到來效果。觀察程序運行效果。如果不正確，修改程序或電路直到運行結(jié)果正確。（5）修改時鐘分割系數(shù)ClockDivision為DIV4，濾波系數(shù)ClockFilter為15，觀察效果。（6）修改ETR預(yù)分頻系數(shù)ClockPrescaler為DIV4觀察效果。（7）修改為TIM_CLOCKSOURCE_ETRMODE1（外部時鐘模式1——ETR輸入），下載后觀察結(jié)果。故障現(xiàn)象：解決辦法：原因分析：

三、要點記錄及成果檢驗任務(wù)6.2利用TIMx_ETR引腳實現(xiàn)工件計數(shù)顯示姓名學(xué)號日期分數(shù)（一）自主設(shè)計1、用TIM4_ETR引腳和外部時鐘模式2，完成如下功能：每按下按鍵3次，計數(shù)加1并顯示，加到100自動清0。請畫出電路圖，寫出程序并調(diào)試。

任務(wù)6.3利用計數(shù)器更新中斷實現(xiàn)打包操作一、任務(wù)目標(biāo)任務(wù)目標(biāo)：掌握利用外部時鐘模式和更新中斷，實現(xiàn)各種操作的方法。具體工作任務(wù)：利用TIMx_ETR引腳或TIMx_CH引腳、外部時鐘模式2或模式1及更新中斷，實現(xiàn)打包操作：即每來6個工件，啟動電磁閥動作1秒。二、學(xué)習(xí)與實踐（一）討論與發(fā)言請結(jié)合任務(wù)1和任務(wù)2，談一談本任務(wù)的設(shè)計思路。請閱讀以下資料并按照指示的工作順序完成任務(wù)。。（二）方案及電路設(shè)計圖6.3.1系統(tǒng)方案及電路設(shè)計參考任務(wù)6.1和6.2，傳感器仍可接PA0引腳，作為TIM5_CH1或TIM2_CH1_ETR。此外應(yīng)增加電磁閥及驅(qū)動電路?？蓞⒄枕椖?的電加熱器驅(qū)動電路，設(shè)計電磁閥驅(qū)動電路。PC7輸出低電平→三極管導(dǎo)通→繼電器線圈得電→繼電器觸點閉合→電磁閥得電→做打包動作；PC7輸出高電平→三極管截止→繼電器線圈失電→繼電器觸點斷開→電磁閥失電→停止打包。（三）程序設(shè)計與調(diào)試設(shè)計思路在任務(wù)6.1和6.2中，我們已經(jīng)知道，將定時器設(shè)置為加計數(shù)器時，如果計數(shù)值>ARR，計數(shù)值就會自動重裝（更新）為0，同時申請中斷。這個中斷也稱為定時器更新中斷。如果編程時允許更新中斷，CPU就會在自動重裝后跳到對應(yīng)的中斷服務(wù)程序。因此我們可以：（1）利用TIM5_CH1（PA0）引腳接收傳感器輸入，設(shè)置TIM5為外部時鐘模式1，TI1輸入，加計數(shù)。（2）設(shè)置ARR=5，當(dāng)?shù)?個工件到來時，計數(shù)值重裝（更新）為0。（3）開啟定時器5更新中斷。當(dāng)?shù)?個工件到來、計數(shù)值重裝為0時，申請更新中斷。（4）在定時器5更新中斷程序中開啟和關(guān)閉電磁閥。2、流程設(shè)計圖6.3.2程序流程3、搭建框架（1）復(fù)制文件夾：06-01-工件計數(shù)-通用計數(shù)器-外部時鐘模式1-路徑1，修改副本文件夾名為：06-03-工件打包-通用計數(shù)器-外部時鐘模式1-TI1-中斷，如圖6.3.3。（2）修改工程名為：workpiece_pack。（3）復(fù)制文件夾LED，并修改文件夾和其內(nèi)兩個文件名為valve。（4）打開工程后注意檢查Project窗口和Options中的IncludePaths中至少應(yīng)包含seg、timer、valve相應(yīng)文件。圖6.3.3框架搭建4、主程序設(shè)計與調(diào)試第5、15行增加了電磁閥初始化內(nèi)容。為使用滴答延時，第2和12行是關(guān)于滴答時鐘的內(nèi)容。為滿足每6個工件中斷一次，第13行ARR設(shè)定值送6-1。5、電磁閥程序設(shè)計與調(diào)試在valve.h中將PC7引腳命名為valve，在valve.c中對PC7做了初始化。6、定時器程序設(shè)計與調(diào)試timer.h文件中增加了對valve.h和Systick.h的包含語句。timer.c的第18行修改為從原來的Start，修改為Start_IT，啟動定時器并開啟中斷。（3）timer.c的第47～49行，用于初始化NVIC。（4）第59～70行是定時器中斷函數(shù)。本系統(tǒng)，每來6個工件，進中斷程序。第60行對中斷做一般性處理。清除中斷掛起位。第64～70行對中斷做專門處理。第66行打開電磁閥，做打包動作。第67行延時1S。第68行，撤除打包動作。這里用滴答定時器實現(xiàn)延時。7、數(shù)碼管程序設(shè)計與調(diào)試無需修改，不再列出。8、軟硬件聯(lián)調(diào)（1）連接電路，連接開發(fā)板到計算機；（2）在“Options”中找到開發(fā)板的IDCODE并進行復(fù)位、下載和啟動設(shè)置；（3）編譯、生成、下載程序到開發(fā)板；（4）反復(fù)操作K_UP按鍵，模擬工件到來效果，觀察數(shù)碼管顯示和繼電器動作情況。如果不正確，修改程序或電路直到運行結(jié)果正確。（5）修改時鐘分割系數(shù)ClockDivision為DIV4，濾波系數(shù)ClockFilter為15，觀察效果。（6）為了留出足夠的觀察和測試時間，可以將滴答延時時間加大到5S。（7）觀察本程序有什么缺點。（8）想一想，利用ETR引腳外部時鐘模式1實現(xiàn)如上功能，該怎么改程序？（9）想一想，利用ETR引腳外部時鐘模式2實現(xiàn)如上功能，該怎么改程序？故障現(xiàn)象：解決辦法：原因分析：（四）程序改進與調(diào)試1、問題發(fā)現(xiàn)及解決方案通過以上調(diào)試，你會發(fā)現(xiàn)程序雖然能完成任務(wù)，但也存在一個缺點：當(dāng)?shù)?個工件到來時，程序能立即跳到中斷程序開啟電磁閥，但是工件數(shù)顯示卻保持在5個，不能及時顯示為0。延時期間如果又按下按鍵，新增加的數(shù)值也不能馬上顯示出來，延時時間越長，問題越明顯。你會發(fā)現(xiàn)計數(shù)值的更新需要等到延時結(jié)束。這是由于滴答延時占用了CPU的執(zhí)行時間，延時期間，程序一直停留在中斷程序里，無法返回主程序進行計數(shù)值讀取與更新顯示的緣故。圖6.3.4軟件延時的影響解決的辦法是再開啟一個定時器例如TIM2，如圖6.3.5。這樣我們的程序中就會有兩個定時器，一個TIM5，做計數(shù)器用；一個TIM2，做定時器用。TIM5計數(shù)到6，進TIM5中斷開啟電磁閥，同時啟動TIM2計時。TIM2時間到，進TIM2中斷關(guān)閉電磁閥，停止計時。由于開啟和關(guān)閉TIM2后會立即回到主程序，不會影響計數(shù)值的顯示。由此我們可以體會到合理運用中斷的優(yōu)越性。圖6.3.5用TIM2更新中斷實現(xiàn)硬件延時2、框架搭建復(fù)制文件夾：06-03-工件打包-通用計數(shù)器-外部時鐘模式1-TI1-中斷，修改副本文件名為：06-03-工件打包-通用計數(shù)器-外部時鐘模式1-TI1-中斷2個，如圖6.3.6。圖6.3.6用TIM2更新中斷實現(xiàn)硬件延時3、主程序設(shè)計與調(diào)試5和18行增加了電磁閥相關(guān)內(nèi)容。6和7行定義了兩個定時器操作變量。14、16行將原來的一個定時器初始化函數(shù)變成兩個。為區(qū)分方便，用了不同的名字。定時器5做計數(shù)器，計數(shù)滿6個清0。定時器2做定時器，1S延時。如果希望2S，2000-1改成4000-1即可。4、定時器程序設(shè)計與調(diào)試（1）timer.h第6和7行的函數(shù)名響應(yīng)改變。（2）timer.c的第3和4行是定時器5和2的操作變量聲明。7～16行是定時器5初始化函數(shù)。初始化完成直接啟動TIM5及其中斷。19～28行是定時器2初始化函數(shù)。注意初始化完成后并未啟動定時器。第34～72是定時器5和定時器2初始化時都會隱性調(diào)用的函數(shù)。其中第37～59行用于定時器5初始化；第60～71用于定時器2初始化。第75～78行是定時器5中斷一般處理。第80～83行是定時器2中斷一般處理。第85～96行是定時器中斷專門處理。無論定時器5還是定時器2中斷，都會隱性調(diào)用這個函數(shù)。其中第86～90行用于定時器5中斷，定時器5計數(shù)滿后自動進入：開啟電磁閥，開啟定時器2及其中斷，因此定時器2開始計時。定時器2時間到，就產(chǎn)生定時器2中斷，執(zhí)行第91～95行：關(guān)閉電磁閥，關(guān)閉定時器，于是定時器2停止計時。本系統(tǒng)數(shù)碼管和打包電磁閥都使用PC7引腳，二者有沖突，這種沖突一般應(yīng)避免。但考慮到PC7連的是數(shù)碼管的小數(shù)點，作為小數(shù)點數(shù)碼管程序始終輸出1（滅），因此將PC7作為打包控制輸出也是可以的，在電路設(shè)計中，不要把PC7連到數(shù)碼管上即可。但如果電路已將PC7連到數(shù)碼管，可以在編程時做些處理，防止數(shù)碼管程序的干擾。所以在第2行增加了一個全局變量Pack_Status，在89和94行根據(jù)valve也就是PC7的狀態(tài)給Pack_Status賦值。在后面的數(shù)碼管程序中會用到這個變量。電磁閥程序設(shè)計與調(diào)試無變化。數(shù)碼管程序設(shè)計與調(diào)試seg.c的第2行增加了變量Pack_Status的聲明。第31行對Seg_Ones做了修正。由于共陽極段碼表的第7位肯定為1，查表后，Seg_Ones的第7位總是1。如果不修正，執(zhí)行33行后，PC7引腳就會輸出1。如果定時器5計數(shù)滿6個，就會進入TIM5中斷，在timer.c的第87行執(zhí)行valve=0，即向PC7引腳寫0。之后很快返回主程序。返回主程序干什么？執(zhí)行主函數(shù)的20和22行，取計數(shù)值，調(diào)數(shù)碼管函數(shù)。于是PC7立刻被寫1，這導(dǎo)致打包動作立刻被取消?？梢姅?shù)碼管函數(shù)干擾了打包動作。加入第31行的修正計算就不同啦。將Seg_Ones和Pack_Status做按位與運算。按位與的規(guī)律是：任何位和“0”與，結(jié)果為“0”，任何位和“1”與，結(jié)果保持。如果Pack_Status=0x7f，即01111111，則Seg_Ones的D7位被清0；第33行執(zhí)行后，PC7=0，與打包結(jié)果相同。如果Pack_Status=0xff，即11111111，則Seg_Ones的D7位被保持為查表結(jié)果，也就是1；第33行執(zhí)行后，PC7=1，同樣與打包結(jié)果相同。這就保證了數(shù)碼管程序不會對打包結(jié)果造成干擾。軟硬件聯(lián)調(diào)調(diào)試過程與之前相同，可以將延時時間給大點，以方便觀察和測試。在此基礎(chǔ)上：（1）修改時鐘分割系數(shù)ClockDivision為DIV4，濾波系數(shù)ClockFilter為15，觀察效果。（2）屏蔽seg.c的第31行，觀察會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（3）想一想，之前利用滴答延時實現(xiàn)打包的程序也存在數(shù)碼管引腳和打包引腳沖突的問題，數(shù)碼管程序沒做數(shù)值修正，為什么我們卻能看到打包動作？（4）利用TIM_ETR引腳實現(xiàn)以上功能，該怎么改程序？故障現(xiàn)象：解決辦法：原因分析：

三、要點記錄及成果檢驗任務(wù)6.3利用計數(shù)器更新中斷實現(xiàn)打包操作姓名學(xué)號日期分數(shù)（一）自主設(shè)計1、用TIM4_ETR外部時鐘模式2完成如上打包功能，請畫出電路寫出程序。2、用TIM3外部時鐘模式1，完成如下功能：每按下按鍵5次，流水燈狀態(tài)左移1位。請畫出電路圖，寫出程序并調(diào)試。

任務(wù)6.4STM32軟硬件深入（六）任務(wù)目標(biāo)理解STM32濾波原理，能根據(jù)干擾信號的頻率，確定濾波系數(shù)；對影子寄存器的機制有初步認識；初步了解定時器捕捉功能及其應(yīng)用場合。學(xué)習(xí)與實踐（一）STM32濾波原理及濾波系數(shù)選擇干擾信號對計數(shù)值的影響實際系統(tǒng)送入定時器的外部脈沖信號常常疊加著各種干擾，干擾信號的存在使本該穩(wěn)定的高低電平上出現(xiàn)了額外波動，如圖6.4.1所示。如果不過濾掉這些干擾，多出來的觸發(fā)沿肯定會造成計數(shù)錯誤。一般來說，干擾存在過程中的抖動越頻率（干擾頻率越高）、干擾存在的時間越長，產(chǎn)生的干擾觸發(fā)沿就越多；采樣頻率越高，對干擾越敏感，越容易采集到干擾帶來的觸發(fā)沿。圖6.4.1干擾信號的疊加效果按鍵的抖動也是一種干擾，它會造成一次按鍵卻出現(xiàn)多個觸發(fā)沿。之前我們采用延時的辦法，檢測到上升沿后，延時10～20ms，從而避免采集到多余的干擾沿。這實際上是一種降低信號采集頻率，從而降低對干擾敏感度的濾波方法。STM32TIM濾波器的濾波原理如圖6.1.1，STM32定時器內(nèi)部帶有濾波電路，可以對對來自TIMx_CH或TIMx_ETR引腳上的外部脈沖進行濾波處理。其濾波策略有兩種：（1）通過降低采樣頻率濾除干擾圖6.4.2適當(dāng)降低采樣頻率，可濾除干擾如圖6.4.2，原本只有2個低電平和2個高電平的信號上疊加了多個干擾。可以看出，按照采樣頻率f1進行采樣，干擾不能濾除。降低采樣頻率到f2，干擾全部被濾掉?？梢娺m當(dāng)降低采樣頻率可以過濾掉高頻干擾。當(dāng)然，采樣頻率也不能過低，那樣可能會將真正的信號變化也過濾掉。實際應(yīng)用時應(yīng)該根據(jù)干擾信號的頻率選擇合適的采樣頻率。（2）通過對N次采樣結(jié)果進行比較濾除干擾在采樣頻率一定的情況下，如果連續(xù)N次采樣采入的電平都相同，說明信號是穩(wěn)定的，數(shù)據(jù)有效；否則說明信號有波動、不穩(wěn)定，很可能是干擾造成的，數(shù)據(jù)應(yīng)該被丟棄。適當(dāng)增加N值，可提高抗干擾能力。圖6.4.3中，原本只有2個低電平和2個高電平的信號上疊加了許多干擾。按照圖示的采樣頻率，如果取N=1，就是認為每一個采樣值都有效，這顯然不能過濾掉疊加在信號上的干擾帶來的多余上升沿（和下跳沿）。如果取N=2，需要連續(xù)采到2個“0”或者2個“1”數(shù)據(jù)才有效。但從圖中可以看到，干擾發(fā)生期間，采到的信號恰好總是“0”、“1”、“0”、“1”地變化，做不到連續(xù)2個“0”或者2個“1”，于是這些數(shù)據(jù)都被拋棄了，只留下那些符合條件的信號，我們看到，干擾被全部過濾掉。圖6.4.3采樣脈沖不變情況下，N=2時，干擾被全部過濾掉圖6.4.4相對圖6.4.3，干擾信號的脈寬增加了，干擾信號被連續(xù)2次采集到的概率相應(yīng)增加，我們看到，N=2情況下，沒能完全過濾掉干擾，N=3就很好了。圖6.4.4干擾信號變寬了，增大N到3時，干擾被全部過濾掉可見實際應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)干擾信號和采樣頻率頻率選擇合適的N值，才能得到理想的濾波效果。一般需要N×T采樣>t干擾，即N>t干擾×f采樣，才可以過濾掉干擾。圖6.4.5t干擾/T采樣=5，N至少應(yīng)取6才可濾掉干擾從圖6.4.5可以看出，t干擾/T采樣=5，N至少應(yīng)取6。注意如果干擾高低電平時間不相等，取最大者。例如：f采樣=0.5625MHz，t干擾=10μs，N應(yīng)大于5.625，可以取6或7以上數(shù)值。濾波系數(shù)的選擇在編程時，我們需要聲明的是濾波系數(shù)和時鐘分割系數(shù)，它們共同決定了f采樣和N的取值。允許的濾波系數(shù)是0～15，與f采樣及N的關(guān)系如表6.4.1所示。從表中可以看出：表6.4.1濾波系數(shù)與f采樣和N的關(guān)系濾波器系數(shù)采樣頻率f采樣采樣數(shù)N濾波器系數(shù)采樣頻率f采樣采樣數(shù)N0fDTS18fDTS/861fCK_INT29fDTS/882fCK_INT410fDTS/1653fCK_INT811fDTS/1664fDTS/2612fDTS/1685fDTS/2813fDTS/3256fDTS/4614fDTS/3267fDTS/4815fDTS/328當(dāng)濾波系數(shù)設(shè)置為0時，采樣頻率=fDTS，采樣數(shù)N=1；當(dāng)濾波系數(shù)設(shè)置為15時，采樣頻率=fDTS/32，采樣數(shù)N=8。那么fDTS又是什么？fDTS是采樣基準頻率，其大小取決于程序中時鐘分割系數(shù)的設(shè)置。時鐘分割系數(shù)設(shè)定為：TIM_CLOCKDIVISION_DIV1：fDTS=fCK_INT時鐘分割系數(shù)設(shè)定為：TIM_CLOCKDIVISION_DIV2：fDTS=fCK_INT/2時鐘分割系數(shù)設(shè)定為：TIM_CLOCKDIVISION_DIV4：fDTS=fCK_INT/4假如定時器的工作時鐘fCK_INT=72MHz，時鐘分割系數(shù)設(shè)定為：TIM_CKD_DIV4，則fDTS=fCK_INT/4=72MHz/4=18MHz。按照表6.4.1：濾波系數(shù)設(shè)置為14時，f采樣=fDTS/32=0.5625MHz，N=6，t干擾<6/0.5625≈10.67us，即高/低電平時長小于10.67us的干擾可以被過濾掉。假設(shè)干擾為方波，則f干擾=1/（2t干擾），可以計算出STM32能過濾掉的干擾信號頻率范圍：濾波系數(shù)=0、時鐘分割系數(shù)=1：f干擾=f采樣/（2N）=fDTS/2==fCK_INT/2=72/2=36MHz；即高于此頻率的干擾會被過濾；濾波系數(shù)=15、時鐘分割系數(shù)=4：f干擾=f采樣/（2N）=fDTS/（32×2×8）==fCK_INT/（4×32×2×8）=72/（4×32×2×8）≈35KHz；即高于此頻率的干擾會被過濾。如果希望進一步降低濾波頻率的閾值，可以采樣外部時鐘模式2。這種模式下，路徑上還有一個ETR預(yù)分頻器。適當(dāng)增大ETR預(yù)分頻系數(shù)