Таймери STM32 -- захоплення ШІМ/CMSIS

За допомогою захоплення вводу, розглянутого недавно, можна організувати потрібні для роботи із далекоміром вимірювання тривалості імпульсів. Реалізувати це можна як програмно (налаштувавши захоплення по спаду і по зростанню сигналу та програмно відстежувати поточний стан) так і апаратно (з'єднавши фізично два канали таймера і на одному захоплювати фронт, на іншому -- спад). Думка, що такі задачі постають, прийшла й розробникам STM32, тому у таймерів є спеціальний режим -- захоплення ШІМ. Зацитую описане в огляді таймерів:

Хитра конфігурація режиму захоплення сигналу -- коли два канали "слухають" той самий вхід, один ловить фронт, другий спад. При тому, початок відліку каналу по фронту очищає лічильник таймера. Тоді подія по спаданню збереже у TIMx_CCRx відповідного каналу тривалість імпульсу, а наступний фронт дасть у TIMx_CCRx каналу, що їх ловить, період. Значно краще все це зрозуміти можна на рисунку із даташіту:

Режим захоплення ШІМ.
(c) STMicroelectronics

Насправді, це всього лиш комбінація вже розглянутого режиму захоплення, різних видів тригерів і реакції на них та під'єднання двох каналів до одного піну.

Таймери STM32 -- захоплення вводу/HAL

Попрацюємо тепер із захопленням вводу засобами HAL. Як і в попередньому пості, фіксуватимемо час натискання кнопки. Вся логіка роботи -- та ж, що у згаданому пості -- по натисканню клавіші, під'єднаної до PA0, пін притягується до одинички, таймер у відповідь повинен зберегти момент натискання. В головному циклі програма виводить отримані значення, користуючись Semihosting. 

Традиційно, створюємо проект STM32CubeMX, вибираємо мікроконтролер і т.д. Далі, налаштовуємо таймер та пін кнопки:

Таймери STM32 -- захоплення вводу/CMSIS

Для роботи із далекоміром нам треба не тільки подавати імпульс заданої довжини, але і заміряти тривалість імпульсу на Echo, яка визначає час польоту звуку. Хоча це можна зробити і вручну, опитуванням, як раніше, або скориставшись зовнішнім перериванням EXTI, як буде розглянуто в подальшому, цікавіше зробити все автоматично -- за допомогою таймерів, які мають спеціальний режим -- Input capture mode.

Зацитую пост із оглядом можливостей таймерів:

Кожен канал має регістр TIMx_CCRx, в який, у режимі захоплення, зберігається значення лічильника в момент приходу сигналу. При тому встановлюється відповідний біт CCXIF у регістрі TIMx_SR та може бути згенеровано переривання чи запит DMA. Якщо під час захоплення біт CCXIF, який автоматично очищається при читанні з TIMx_CCRx чи може бути очищений програмно, все ще рівний 1 -- значить попереднє значення не було прочитано, встановлюється прапорець CCxOF в тому ж регістрі статусу, та може генеруватися відповідне переривання чи запит -- over-capture.

Захоплення може відбуватися по зростанню, (фронту), спаданню сигналу чи і по тому і по тому. Можна встановити фільтр -- кількість вибірок, після якої можна вважати, що сигнал встановився (такий собі захист від дрижання контактів). Можна ділити вхідну частоту на 2, 4 або 8 --- реєструвати кожну другу-четверту-восьму подію.

Почнемо із найпростішого -- запускаємо таймер та зберігаємо значення лічильника у момент натискання кнопки.

Таймери STM32 -- автоматична зупинка/HAL

Аналогічно до відповідного CMSIS-поста, беремо проект, котрий генерує ШІМ, збільшуємо період до видимого оком значення -- нам потрібен один імпульс заданої тривалості, а не власне ШІМ та кажемо зупинятися після переповнення.

Для цього на вкладці pinout слід поставити одну "пташку" -- One Pulse Mode:

Потім, в Configure, налаштовуємо період і тривалість імпульсу:

Таймери STM32 -- автоматична зупинка/CMSIS

Цього разу -- зовсім коротка нотатка. Таймери володіють цікавою особливістю -- якщо встановити біт OPM в CR1, таймер автоматично зупинятиметься після події оновлення.

Важливе зауваження -- цей біт, OPM -- One-Pulse Mode, використовується для реалізації однойменного режиму One-pulse mode, який призначений керувати формою імпульсу -- генерувати його у відповідь на подію, із заданою затримкою після події та заданою довжиною. Про цей режим говоритимемо окремо. Цей пост -- своєрідна прелюдія до відповідної розмови -- ми просто навчимо таймер зупинятися. Така можливість теж корисна -- наприклад, для нашого далекоміра немає потреби робити якісь затримки, генерувати хитрі хвилі, абощо, але хотілося б, щоб таймер генерував один імпульс заданої довжини, і хотілося б, щоб він робив це повністю автоматично -- не використовуючи переривання та ручне вмикання-вимикання логічної одинички на піні.

Таймери STM32 -- внутрішні тригери/HAL

(c) Wiki

Повторимо "подвиг" CMSIS, розглянутий раніше, зробивши із двох 16-бітних таймерів один 32-бітний, засобами HAL.

Почнемо із візуального конфігурування:

Для головного (master) таймера просто вмикаємо тактування. Підлеглому, slave, вказуємо працювати в режимі External Clock Mode 1 та отримувати тактування від внутрішнього джерела ITR3, котре, як ми знаємо з попереднього поста, під'єднане до TRGO TIM4.

Таймери STM32 -- внутрішні тригери/CMSIS

Взято тут.

Як вже не раз згадувалося, таймери можуть постачати тактування один одному. Наприклад, один таймер може служити подільником для іншого -- переповнення головного (master) таймера приводить до одного відліку підлеглого (slave). Це дозволяє зробити із двох 16-бітних таймерів один 32-бітний. Хоча, комбінацій master-slave є багато більше -- як підлеглий таймер може реагувати на сигнал, описувалося тут (мова про біти SMS), а за яких умов головний (master) сигнал посилає -- описано нижче.

Подивимося, як користуватися цією можливістю на дещо надуманому прикладі -- мигатимемо світлодіодом у перериванні від TIM1, який буде підлеглим для TIM4.

На відміну від зовнішнього тактування,  розглянутого раніше, тут використано тактування від внутрішніх тригерів -- ITRx.