嵌入式学习笔记（2）中断、定时器、PWM、输入输出

中断系统

中断：在主程序运行过程中，出现了特定的中断触发条件（中断源），使得CPU暂停当前正在运行的程序，转而去处理中断程序，处理完成后又返回原来被暂停的位置继续运行

中断优先级：当有多个中断源同时申请中断时，CPU会根据中断源的轻重缓急进行裁决，优先响应更加紧急的中断源

中断嵌套：当一个中断程序正在运行时，又有新的更高优先级的中断源申请中断，CPU再次暂停当前中断程序，转而去处理新的中断程序，处理完成后依次进行返回

中断执行流程

外部中断

EXTI（Extern Interrupt）外部中断
EXTI可以监测指定GPIO口的电平信号，当其指定的GPIO口产生电平变化时，EXTI将立即向NVIC发出中断申请，经过NVIC裁决后即可中断CPU主程序，使CPU执行EXTI对应的中断程序
支持的触发方式：上升沿/下降沿/双边沿/软件触发
支持的GPIO口：所有GPIO口，但相同的Pin不能同时触发中断
通道数：16个GPIO_Pin，外加PVD输出、RTC闹钟、USB唤醒、以太网唤醒
触发响应方式：中断响应/事件响应

AFIO

AFIO主要用于引脚复用功能的选择和重定义

在STM32中，AFIO主要完成两个任务：复用功能引脚重映射、中断引脚选择

定时器
TIM（Timer）定时器
定时器可以对输入的时钟进行计数，并在计数值达到设定值时触发中断
16位计数器、预分频器、自动重装寄存器的时基单元，在72MHz计数时钟下可以实现最大59.65s的定时
不仅具备基本的定时中断功能，而且还包含内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等多种功能
根据复杂度和应用场景分为了高级定时器、通用定时器、基本定时器三种类型

定时中断基本结构，对应以下初始化过程：

void Timer_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);   //RCC内部时钟
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);   //配置内部时钟
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef Tim_TimeBaseInitStructor;		//时基单元
	Tim_TimeBaseInitStructor.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	Tim_TimeBaseInitStructor.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	Tim_TimeBaseInitStructor.TIM_Period = 10000 - 1;
	Tim_TimeBaseInitStructor.TIM_Prescaler = 7200 -1;
	Tim_TimeBaseInitStructor.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2,&Tim_TimeBaseInitStructor); 

	TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);             //使能中断
	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);   	 //NVIC配置
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);       //开启定时器
}

计数器计数频率：CK_CNT = CK_PSC / (PSC + 1)
计数器溢出频率：CK_CNT_OV = CK_CNT / (ARR + 1) = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)

输出比较
OC（Output Compare）输出比较
输出比较可以通过比较CNT与CCR寄存器值的关系，来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形
每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输出比较通道
高级定时器的前3个通道额外拥有死区生成和互补输出的功能

PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制
在具有惯性的系统中，可以通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的模拟参量，常应用于电机控速等领域
PWM参数：
频率 = 1 / TS 占空比 = TON / TS 分辨率 = 占空比变化步距

输出模式比较

对应函数：
TIM_OCMode_Timing 冻结模式
TIM_OCMode_Active 相等时置有效电平
TIM_OCMode_Inactive 相等时置无效电平
TIM_OCMode_Toggle 相等时电平翻转
TIM_ForcedAction_Active 强制有效
TIM_ForcedAction_InActive 强制无效
TIM_OCMode_PWM1
TIM_OCMode_PWM2

PWM驱动LED亮度

PWM频率： Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)
PWM占空比： Duty = CCR / (ARR + 1)
PWM分辨率： Reso = 1 / (ARR + 1)

频率一定，占空比越大，亮度越亮

PWM驱动舵机

舵机是一种根据输入PWM信号占空比来控制输出角度的装置
输入PWM信号要求：周期为20ms，高电平宽度为0.5ms~2.5ms

使用通道2
PWM_SetCompare2（）
参数值为500~2500

PWM驱动直流电机

直流电机是一种将电能转换为机械能的装置，有两个电极，当电极正接时，电机正转，当电极反接时，电机反转
直流电机属于大功率器件，GPIO口无法直接驱动，需要配合电机驱动电路来操作
TB6612是一款双路H桥型的直流电机驱动芯片，可以驱动两个直流电机并且控制其转速和方向

江科大DRV8833由于没有固定PWM口，所以使用AIN2兼PWM，具体参考：
https://blog.csdn.net/qq_41968464/article/details/127050746

实物接线图：

输入捕获模式

IC（Input Capture）输入捕获
输入捕获模式下，当通道输入引脚出现指定电平跳变时，当前CNT的值将被锁存到CCR中，可用于测量PWM波形的频率、占空比、脉冲间隔、电平持续时间等参数
每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输入捕获通道
可配置为PWMI模式，同时测量频率和占空比
可配合主从触发模式，实现硬件全自动测量

对应代码部分：

void IC_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);   	//RCC内部时钟     TIM3  PA6
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  	//引脚输出
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);         
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef Tim_TimeBaseInitStructor;				//时基单元
	Tim_TimeBaseInitStructor.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	Tim_TimeBaseInitStructor.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	Tim_TimeBaseInitStructor.TIM_Period = 65536 - 1;     			//ARR
	Tim_TimeBaseInitStructor.TIM_Prescaler = 72 -1;					//PSC
	Tim_TimeBaseInitStructor.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM3,&Tim_TimeBaseInitStructor); 
	
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;							//输入
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
	TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStructure);
	
	TIM_SelectInputTrigger(TIM3,TIM_TS_TI1FP1); 					//触发源选择
	TIM_SelectSlaveMode(TIM3,TIM_SlaveMode_Reset);					//从模式Reset
	
	TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);       //开启定时器
}

对应代码部分：
只需加一行代码

TIM_PWMIConfig(TIM3,&TIM_ICInitStructure);	

用来测量频率及占空比

参考：江科大自化协