掌上实验室V8系列教程（五）定时器中断及应用
1 项目目标
利用定时器产生周期为1ms的中断，作为系统时基。并在数码管上显示开机时间（分辨率为0.1秒）；同时实现LED4、LED5、LED6和LED7分别以300ms、220ms、450ms和700ms为周期闪烁。
2 硬件电路
3 中断系统
3.1 什么是中断
中断就是正常执行的工作被一些突发的事件所打断。比如我们在看书，电话铃响了。看书是我们正在进行的事情，电话铃响就是一个突发事件。电话铃响了，我们就会停下手头的事情，去接电话。接电话这个动作，就是对这个中断事件的响应。电话接完了，接着看书，回归正常工作。
中断这种工作机制，主要是为提高效率，另外一种方式叫查询式。还是以接电话为例，比如手机处于免打扰状态，电话来的时候没有铃声提醒。如果我们不想漏过电话，只能一会儿抽空看一眼手机，有没有电话打进来。这种工作方式相对中断式工作效率偏低。
中断方式和查询方式相比，好处在于加快了响应速度，一旦发生某个事件，可以快速响应。提高了系统的实时性能。
中断方式有个问题是，如何保证中断响应完成后能无缝继续刚刚被打断的工作。当然人没有这个问题，单片机内部只有一个CPU，就需要专门设计的方式来保证这种工作方式的正确性。
AT32的中断系统非常强大，所有的外设几乎都可以工作于中断方式。
3.2 中断系统的几个概念
中断源 即中断是来源于哪个外设的哪个事件，比如定时器时间到、外部引脚电生了电平跳变、UART收到了一个数据等等
中断请求 当有事件发生时，中断系统向CPU发出执行中断请求
中断响应 当发生了一个中断事件时，需要去做的事情，就是对这个中断的响应
中断优先级 中断事件可以打断当前的正在执行的程序，如果两个中断同时发生了，先去响应哪一个呢？为解决这个问题，给中断定义不同的优先级，首先响应优先级高的中断。如果两个相同优先级的中断同时来了，怎么办？简单点，按事先规定的顺序（就像我们经常说的按姓氏笔画，排名不分先后）。
3.3 中断的执行过程
4 Timer定时中断
AT32F407VGT6有14个寄存器，功能对比如下：
本例采用基本定时器TMR6，作为1ms的时基定时器。
4.1 AT32F407系统时钟系统
本例采用内部RC振荡器时钟，然后通过PLL(锁相环）倍频后作为系统时钟。可以在雅特力官网下载AT32_New_Clock_Configuration工具自动生成时钟配置代码。本例系统时钟为64MH，APB1、APB2的分频系数为2，其频率都为32MHz。
/**
* @brief system clock config program
* @note the system clock is configured as follow:
* system clock = hick / 12 * pll_mult
* system clock source = pll (hick)
* sclk = 64000000
* ahbdiv = 1
* ahbclk = 64000000
* apb1div = 2
* apb1clk = 32000000
* apb2div = 2
* apb2clk = 32000000
* pll_mult = 16
* pll_range = LE72MHZ (less than 72 mhz or equal to 72 mhz)
* @param none
* @retval none
*/
void system_clock_config(void)
{
/* reset crm */
crm_reset();
/* enable hick */
crm_clock_source_enable(CRM_CLOCK_SOURCE_HICK, TRUE);
/* wait till hick is ready */
while(crm_flag_get(CRM_HICK_STABLE_FLAG) != SET)
{
}
/* config pll clock resource */
crm_pll_config(CRM_PLL_SOURCE_HICK, CRM_PLL_MULT_16, CRM_PLL_OUTPUT_RANGE_LE72MHZ);
/* enable pll */
crm_clock_source_enable(CRM_CLOCK_SOURCE_PLL, TRUE);
/* wait till pll is ready */
while(crm_flag_get(CRM_PLL_STABLE_FLAG) != SET)
{
}
/* select pll as system clock source */
crm_sysclk_switch(CRM_SCLK_PLL);
/* wait till pll is used as system clock source */
while(crm_sysclk_switch_status_get() != CRM_SCLK_PLL)
{
}
/* config ahbclk */
crm_ahb_div_set(CRM_AHB_DIV_1);
/* config apb2clk */
crm_apb2_div_set(CRM_APB2_DIV_2);
/* config apb1clk */
crm_apb1_div_set(CRM_APB1_DIV_2);
/* update system_core_clock global variable */
system_core_clock_update();
}
定时器使用 APB1 总线时钟，特别地，当 APB 预分频系数是 1 时，定时器的时钟频率等于 APB1 的时钟频率；当 APB 预分频系数不为 1 时，定时器的时钟频率等于 APB1 时钟频率的 2 倍。本例APB2分频系统为2，所以TMR6的时钟频率为 32*2 = 64MHz。
4.2 TMR6定时器溢出中断工作方式
基本定时器仅提供向上计数模式。其内部拥有一个 16 位计数器，计数器的值可由周期寄存器（TMRx_PR）载入。周期寄存器寄存器的值为16时，计数器如下图方式工作。
向上计数模式中，当计数值达到 TMRx_PR 值时，重新从 0 向上计数，计数器上溢并产生溢出事件，同时 OVFIF 位置 1。
定时器工作时钟为64MHz，将分频系数设置为64000（注意分频系统最大为65536），计数的输入时钟周期为1us，周期设置为1000，则得到1ms。需要注意的时，实际设置分频系数和周期寄存器时，都需要将计算值减1。
/**
* TMR6初始化 周期为1ms
*/
void tmr6_init(void)
{
/* enable tmr14 clock */
crm_periph_clock_enable(CRM_TMR6_PERIPH_CLOCK, TRUE);
/* 64000000/64/1000 = 1000Hz*/
tmr_base_init(TMR6, 1000 - 1, 64 - 1);
tmr_cnt_dir_set(TMR6, TMR_COUNT_UP);
/* overflow interrupt enable */
tmr_interrupt_enable(TMR6, TMR_OVF_INT, TRUE);
/* tmr1 overflow interrupt nvic init */
nvic_priority_group_config(NVIC_PRIORITY_GROUP_4);
nvic_irq_enable(TMR6_GLOBAL_IRQn, 0, 0);
/* enable tmr1 */
tmr_counter_enable(TMR6, TRUE);
}
4.3 中断响应函数
中断响应函数每次定时器溢出，也就是每隔1ms，就会被调用一次。我们在这儿进行数码管显示刷新，全局变量gSysTick加1。退出中断之前，要把中断标志清除，否则中断函数会被不停调用。所有中断响应函数名称在startup_at32f403a_407.s中已经预定义。
void TMR6_GLOBAL_IRQHandler(void)
{
if(tmr_flag_get(TMR6, TMR_OVF_FLAG) != RESET)
{
gSysTick++;
display_scan();
tmr_flag_clear(TMR6, TMR_OVF_FLAG);
}
}
4.4 独立控制4个LED的方法
全局变量gSysTick每隔1ms会加1，作为系统的时基，它的值就是系统开始运行到现在毫秒数。我们可以利用这个变量作为控制4个LED的闪烁的基准时间。由于4个LED闪烁周期都不相同，我们定义4个函数分别控制LED4-LED7。下面代码以LED4为例来说明。
void led4_ctrl(void)
{
static uint32_t tick = 0;
if(gSysTick - tick >= 300/2){
tick = gSysTick;
if(gpio_output_data_bit_read(GPIOC, GPIO_PINS_0)==SET)
gpio_bits_reset(GPIOC, GPIO_PINS_0);
else
gpio_bits_set(GPIOC, GPIO_PINS_0);
}
}
static表示这个变量会持续存在，不会在函数退出时被销毁。
5 参考程序
main.c
#include "at32f403a_407_conf.h"
#include "display.h"
uint32_t gSysTick = 0;
/**
* @brief system clock config program
* @note the system clock is configured as follow:
* system clock = hick / 12 * pll_mult
* system clock source = pll (hick)
* sclk = 64000000
* ahbdiv = 1
* ahbclk = 64000000
* apb1div = 2
* apb1clk = 32000000
* apb2div = 2
* apb2clk = 32000000
* pll_mult = 16
* pll_range = LE72MHZ (less than 72 mhz or equal to 72 mhz)
* @param none
* @retval none
*/
void system_clock_config(void)
{
/* reset crm */
crm_reset();
/* enable hick */
crm_clock_source_enable(CRM_CLOCK_SOURCE_HICK, TRUE);
/* wait till hick is ready */
while(crm_flag_get(CRM_HICK_STABLE_FLAG) != SET)
{
}
/* config pll clock resource */
crm_pll_config(CRM_PLL_SOURCE_HICK, CRM_PLL_MULT_16, CRM_PLL_OUTPUT_RANGE_LE72MHZ);
/* enable pll */
crm_clock_source_enable(CRM_CLOCK_SOURCE_PLL, TRUE);
/* wait till pll is ready */
while(crm_flag_get(CRM_PLL_STABLE_FLAG) != SET)
{
}
/* select pll as system clock source */
crm_sysclk_switch(CRM_SCLK_PLL);
/* wait till pll is used as system clock source */
while(crm_sysclk_switch_status_get() != CRM_SCLK_PLL)
{
}
/* config ahbclk */
crm_ahb_div_set(CRM_AHB_DIV_1);
/* config apb2clk */
crm_apb2_div_set(CRM_APB2_DIV_2);
/* config apb1clk */
crm_apb1_div_set(CRM_APB1_DIV_2);
/* update system_core_clock global variable */
system_core_clock_update();
}
/**
* TMR6初始化 周期为1ms
*/
void tmr6_init(void)
{
/* enable tmr14 clock */
crm_periph_clock_enable(CRM_TMR6_PERIPH_CLOCK, TRUE);
/* 64000000/64/1000 = 1000Hz*/
tmr_base_init(TMR6, 1000 - 1, 64 - 1);
tmr_cnt_dir_set(TMR6, TMR_COUNT_UP);
/* overflow interrupt enable */
tmr_interrupt_enable(TMR6, TMR_OVF_INT, TRUE);
/* tmr1 overflow interrupt nvic init */
nvic_priority_group_config(NVIC_PRIORITY_GROUP_4);
nvic_irq_enable(TMR6_GLOBAL_IRQn, 0, 0);
/* enable tmr1 */
tmr_counter_enable(TMR6, TRUE);
}
/**
* TMR6中断响应函数
*/
void TMR6_GLOBAL_IRQHandler(void)
{
if(tmr_flag_get(TMR6, TMR_OVF_FLAG) != RESET)
{
gSysTick++;
display_scan();
tmr_flag_clear(TMR6, TMR_OVF_FLAG);
}
}
/**
* 显示gSysTick
*/
void display_tickcount(void)
{
static uint32_t tick = 0;
if(gSysTick - tick >= 100){
display_dec_int(gSysTick/100);
tick = gSysTick;
}
}
/**
* LED闪烁控制
*/
void led_gpio_init(void)
{
//打开GPIO时钟
crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOC_PERIPH_CLOCK, TRUE);
//配置PD2~PD5, PE0~PE7为输出
gpio_init_type gpio_init_struct;
gpio_init_struct.gpio_pins = GPIO_PINS_0 | GPIO_PINS_1 | GPIO_PINS_2 | GPIO_PINS_3;
gpio_init_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_OUTPUT;
gpio_init_struct.gpio_out_type = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
gpio_init_struct.gpio_pull = GPIO_PULL_NONE;
gpio_init_struct.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
gpio_init(GPIOC, &gpio_init_struct);
}
void led4_ctrl(void)
{
static uint32_t tick = 0;
if(gSysTick - tick >= 300/2){
tick = gSysTick;
if(gpio_output_data_bit_read(GPIOC, GPIO_PINS_0)==SET)
gpio_bits_reset(GPIOC, GPIO_PINS_0);
else
gpio_bits_set(GPIOC, GPIO_PINS_0);
}
}
void led5_ctrl(void)
{
static uint32_t tick = 0;
if(gSysTick - tick >= 220/2){
tick = gSysTick;
if(gpio_output_data_bit_read(GPIOC, GPIO_PINS_1)==SET)
gpio_bits_reset(GPIOC, GPIO_PINS_1);
else
gpio_bits_set(GPIOC, GPIO_PINS_1);
}
}
void led6_ctrl(void)
{
static uint32_t tick = 0;
if(gSysTick - tick >= 450/2){
tick = gSysTick;
if(gpio_output_data_bit_read(GPIOC, GPIO_PINS_2)==SET)
gpio_bits_reset(GPIOC, GPIO_PINS_2);
else
gpio_bits_set(GPIOC, GPIO_PINS_2);
}
}
void led7_ctrl(void)
{
static uint32_t tick = 0;
if(gSysTick - tick >= 700/2){
tick = gSysTick;
if(gpio_output_data_bit_read(GPIOC, GPIO_PINS_3)==SET)
gpio_bits_reset(GPIOC, GPIO_PINS_3);
else
gpio_bits_set(GPIOC, GPIO_PINS_3);
}
}
int main(void)
{
system_clock_config();
led_gpio_init();
DISP_gpio_pins_init();
tmr6_init();
while(1){
display_tickcount();
led4_ctrl();
led5_ctrl();
led6_ctrl();
led7_ctrl();
}
}
display.h
#ifndef __DISPLAY_H
#define __DISPLAY_H
void DISP_gpio_pins_init(void);
void display_scan();
void display_dec_int(int num);
#endifdisplay.c
#include "at32f403a_407_conf.h"
void DISP_gpio_pins_init(void)
{
//打开GPIO时钟
crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOE_PERIPH_CLOCK, TRUE);
crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOD_PERIPH_CLOCK, TRUE);
//配置PD2~PD5, PE0~PE7为输出
gpio_init_type gpio_init_struct;
gpio_init_struct.gpio_pins = GPIO_PINS_0 | GPIO_PINS_1 | GPIO_PINS_2 | GPIO_PINS_3 | GPIO_PINS_4 | GPIO_PINS_5 | GPIO_PINS_6 | GPIO_PINS_7;
gpio_init_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_OUTPUT;
gpio_init_struct.gpio_out_type = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
gpio_init_struct.gpio_pull = GPIO_PULL_NONE;
gpio_init_struct.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
gpio_init(GPIOE, &gpio_init_struct);
gpio_init_struct.gpio_pins = GPIO_PINS_2 | GPIO_PINS_3 | GPIO_PINS_4 | GPIO_PINS_5;
gpio_init(GPIOD, &gpio_init_struct);
}
uint8_t disp_buf[4];
void display_dec_int(int num)
{
static uint8_t tab[] = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};
disp_buf[0] = tab[num/1000%10];
disp_buf[1] = tab[num/100%10];
disp_buf[2] = tab[num/10%10];
disp_buf[3] = tab[num%10];
}
void display_scan()
{
static int cur_digit = 0;
//全关
gpio_bits_set(GPIOD, GPIO_PINS_2 | GPIO_PINS_3 | GPIO_PINS_4 | GPIO_PINS_5);
//输出字形码
gpio_bits_reset(GPIOE, 0xff); //PE0~PE7 = 0
gpio_bits_set(GPIOE, disp_buf[cur_digit]);
//打开对应位开关
gpio_bits_reset(GPIOD, GPIO_PINS_2 << cur_digit);
//更新cur_digit, 准备下一次扫描
cur_digit = (cur_digit + 1) % 4;
}