STM32计数器/定时器之PWM脉宽捕获+超声波传感器测距

2019.4.1:
调试超声波传感器时候，最先使用的是中断来判断是方法配置成功，结果一直报错，才发现是忘记添加中断配置库文件了…愚人节快乐…具体内容明天补充
其实，超声波传感器工作原理很简单，但是要想高精度、连续不断的快速实现距离测量还是很有难度的。
当然，STM32也是这样，配置PWM体会最为深刻，实现一个功能很简单，但是效率如何呢？PWM的脉宽、周期准不准确，差了几毫秒或者几微妙是为什么，还能改善么？串口通信很简单，那么串口如何连续不断的接收数据又该如何处理呢？（建立串口缓冲区）
STM32的启动文件是如何的，.S文件中的具体启动流程如何，在一个简单的程序中各个寄存器是如何工作的呢/
技术路漫漫，希望自己能够不断思考，质疑…
此外，在硬件编程中，要定义变量时候要注意使用volatitle，比如在此次超声波代码处理过程中，有些变量就没能更新。

参考文章：
[1] STM32的计数器的使用
[2] STM32定时器----多通道PWM捕获
[3] STM32 同一定时器四路不同占空比PWM输出+舵机精度精准控制
[4] STM32 高级定时器
[5] STM32 高级基本定时器

1、PWM脉冲捕获

STM32 的定时器功能十分强大，有 TIME1 和 TIME8 高级定时器，也有 TIME2~TIME5 通用定时器，还有 TIME6 和TIME7 基本定时器。

1.1 STM32 高级定时器简介

参考[4] STM32 高级定时器

1.2 STM32 通用定时器简介

STM32 的通用定时器是一个通过可编程预分频器（PSC）驱动的 16 位自动装载计数器（CNT）构成。STM32 的通用定时器可以被用于：测量输入信号的脉冲长度(PWM输入捕获)或者产生输出波形(输出比较和 PWM)等。STM32 的每个通用定时器都是完全独立的，没有互相共享的任何资源。

STM32 的通用定时器 TIMx (TIM2、TIM3、TIM4 和 TIM5) 功能包括：

16 位向上、向下、向上/向下自动装载计数器（TIMx_CNT）。
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。
4 个独立通道（TIMx_CH1~4），这些通道可以用来作为：

输入捕获
输出比较
PWM 生成(边缘或中间对齐模式)
单脉冲模式输出

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
如下事件发生时产生中断/DMA：

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)
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)
输入捕获
输出比较
支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路
触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理

1.3 STM32 基本定时器简介

[5] STM32 基本定时器

1.2 何为捕捉PWM脉冲

通过检测输入的PWM脉冲信号，获取该脉冲的占空比，频率等关键信息。

1.3 如何捕捉PWM脉冲

首先通过STMPA7引脚输出PWM脉冲：STM32配置多个外部中断

通过检测引脚状态，控制相应计数器的开启与关闭来实现PWM脉冲高低电平的计数，再通过计数器的周期计算出相应PWM的高低电平时间，进而得到PWM的周期和占空比。
对于周期比较小的PWM脉冲，可以不适用计数器中断就可以实现脉冲时间的测量，但是由于计数器单次计数周期较大而导致最终测量结果误差较大。提高测量精度就需要降低单次计数周期，但是这样无法测量周期较大的PWM脉冲。此时就需要引入计数器中断来实现PWM脉冲时间的精准测量。

PWM脉冲测量代码案例：
（没有使用计数器中断）

/** 检测高低电平时间，返回值单位是ms，* 函数参数flag = 0:低电平时间；flag= 1：高电平时间*/
float getH_L(u8 flag){u8 i;float timecount[5];for(i = 0;i<5;i++){TIM4->CNT=0;  //TIM3的计数器清零if(flag){while( GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_8) == 0);//打开定时器TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);while( GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_8) == 1);//关闭定时器TIM_Cmd(TIM4,DISABLE);timecount[i] = TIM4->CNT * 0.001*0.125;}else{while( GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_8) == 1);//打开定时器TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);while( GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_8) == 0);//关闭定时器TIM_Cmd(TIM4,DISABLE);timecount[i] = TIM4->CNT * 0.001*0.125;//此处0.125是根据TIM4的配置时钟来的}}return (timecount[1]+timecount[2]+timecount[3]+timecount[4]+timecount[0])/5;
}int main()
{SysTick_Init();USART1_Config();SRF05_Config();TIME2_Config();TIME3_Config();TIME4_Config();GPIO_WriteBit(GPIOA,SRF05_Trig,Bit_RESET);while(1){printf("high time           = %f ms\r\n",getH_L(1));printf("low time             = %f ms\r\n",getH_L(0));printf("PWM period           = %f ms\r\n",getH_L(1)+getH_L(0));printf("PWM Dutyfactor  = %f \r\n",getH_L(1)/(getH_L(1)+getH_L(0)));}
}

PWM生成仿真：
低电平时间：0.889472ms

高电平时间：0.120806ms

PWM测量结果：精度还是很高的

Q：一旦在主函数while(1)循环中添加延时函数，测量结果就会有较大的偏差，这是为什么？

2、超声波传感器

HY-SRF05超声波传感器测距模块可提供2cm-450cm的非接触距离感测功能，测距精度可达到3mm；模块包括超声波发生器、接收器与控制电路。
引脚定义：

引脚	作用
VCC	供5V电源
GND	地线
TRIG	触发信号，信号输入
Echo	回响信号输出
OUT	开关量输出（当报警模块使用）

电气参数：

2.1 超声波传感器工作原理

以上时序图表明你只需要提供一个 10uS以上脉冲触发信号，该模块内部将
发出8个 40kHz周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。
回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。
由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。
公式： 距离= 高电平时间*声速（ 340M/S） /2

注意：

建议测量周期为 60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响。
此模块不宜带电连接，若要带电连接，则先让模块的 GND端先连接，否则会影响模块的正常工作。
测距时，被测物体的面积不少于 0.5平方米且平面尽量要求平整，否则影响测量的结果。
最后结果要除以2
超声波传感的供电电压要是5V才能正常工作，供电3.3V将不会工作，脾气倔

2.2 超声波传感器配置代码

float getdistance(void){float SendBuff2 = 0,ans[Nnum]={0};int timecount;u8 i;GPIO_WriteBit(GPIOA,SRF05_Trig,Bit_RESET);for(i = 0;i < Nnum;i++){GPIO_WriteBit(GPIOA,SRF05_Trig,Bit_SET);delay_us(30);GPIO_WriteBit(GPIOA,SRF05_Trig,Bit_RESET);TIM2->CNT=0;  //TIM3的计数器清零while( GPIO_ReadInputDataBit(SRF05_PORT, SRF05_Echo) == 0);//打开定时器TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);while( GPIO_ReadInputDataBit(SRF05_PORT, SRF05_Echo) == 1);// //关闭定时器TIM_Cmd(TIM2,DISABLE);timecount = TIM2->CNT;ans[i] = timecount*0.0001*344/2;delay_ms(100);}Sort_tab(ans,Nnum);//冒泡排序/* 累加 N - Xnum 个 ADC 采样 */for (i = Xnum/2; i < Nnum-Xnum/2; ++i){SendBuff2 += ans[i];}SendBuff2 /= Nnum - Xnum; return SendBuff2;}