Таймери STM32 -- одноімпульсний режим/HAL

Черговий пост в серії -- одноімпульсний режим, OPM, із використанням STM32CubeMX/HAL. Вирішимо тих же дві задачі -- реакція на кнопку, із затримкою та реакція на внутрішній тригер, яким служить подія переповнення іншого таймера. 

Запуск OPM кнопкою 

Почнемо із візуальної конфігурації:

Клікабельно! Знадобиться, щоб роздивитися конфігурацію таймера.

Таймери STM32 -- одноімпульсний режим/CMSIS

Останні теми, перш ніж повернемося до далекоміра -- вже із новими засобами. Взагалі, якщо чесно, вся ця серія з'явилася через те, що я дуже розсердився, витративши, щоб розібратися із One Pulse Mode (одноімпульсний режим, OPM) кілька повних днів. Тому текст нижче -- спроба розказати про нього максимально детально.

Що це за режим оглядово розповідалося в загальному пості про таймери:

На додачу до всього описаного вище, таймер має спеціальний біт, який вказує -- продовжувати відлік чи зупинятися після події оновлення (забороняючи таймер). З допомогою цієї можливості реалізовано спеціальний, одноімпульсний, режим. По зовнішньому чи внутрішньому сигналу (запустити таймер може зовнішня подія або інший таймер) відбувається затримка (визначається вже згаданим TIMx_CCRx), після чого -- імпульс, тривалістю TIMx_ARRx-TIMx_CCRx. Що таке імпульс визначається тими режимами, якими володіє кожен із каналів -- встановити у активний, пасивний, змінити на протилежний, ШІМ1, ШІМ2, не змінювати нічого, примусовий активний чи пасивний, що значить активний/пасивний визначається полярністю.

Режим одного імпульсу.
(c) STMicroelectronics

Розглянемо два види подій, що запускатимуть OPM -- внутрішня, від іншого таймера та зовнішня -- від кнопки.

Почнемо із простішого і більш корисного -- реакція на зовнішню подію із заданою затримкою.

Таймери STM32 -- захоплення ШІМ/HAL

Приклади, які розглядаються в цій серії, свідомо дещо неконвенційні. Проблема в тому, що вирішити задачу, описану в документації, зазвичай справді так просто, як описано в документації. Однак, крок ліворуч-крок праворуч і складність може різко зрости. Тому вирішив спробувати продемонструвати ідею використання (таймерів у даному випадку), трішки відступивши від типових задач. Приклади, при тому, іноді стають надуманими, але, залишаючись простими (описуючи розв'язок реальної задачі, складно відділити особливості задачі від особливостей засобів), демонструють роботу із відповідним пристроєм під більшою кількістю кутів (особливо -- разом із прикладами з документації та appnote). 

Черговий такий приклад -- вирішена раніше, засобами CMSIS, задача визначення тривалості натискання кнопки із використанням режиму захоплення ШІМ. Задача, насправді, зовсім трішки відрізняється від "канонічної", із документації -- один таймер генерує ШІМ, інший його ловить, але дає можливість "помацати" таймер руками -- натискаючи кнопку.

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: