【STM32H7教程】第35章 STM32H7的定时器应用之高精度单次延迟实现（支持TIM2,3,4和5）
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第35章 STM32H7的定时器应用之高精度单次延迟实现（支持TIM2,3,4和5）
本章教程为大家讲解定时器应用之高精度单次延迟实现，支持TIM2，TIM3，TIM4和TIM5。实际项目中用到的地方较多，如Modbus帧符间隔，定时采集一段时间波形等。
35.1 初学者重要提示
35.2 定时器单次延迟驱动设置
35.3 定时器板级支持包（bsp_timer.c）
35.4 定时器驱动移植和使用
35.5 实验例程框架
35.6 实验例程说明（MDK）
35.7 实验例程说明（IAR）
35.8 总结
35.1 初学者重要提示
- 学习本章节前，务必优先学习第32章，HAL库的几个常用API均作了讲解和举例。
- STM32H7支持TIM1-TIM8，TIM12-TIM17共14个定时器，而中间的TIM9，TIM10，TIM11是不存在的，这点要注意。
- 在不需要任何补偿的情况下，误差可以做到正负1微秒以内。
- TIM2和TIM5是32位定时器，而TIM3和TIM4是16位定时器。
35.2 定时器单次延迟驱动设计
单次定时器要实现1us的精度，可以直接将定时器时钟设置为1MHz，这样定时器每计数1次就是1us。对于16位定时器最大值就是0xFFFF微秒，而32位定时器就是0xFFFFFFFF微秒。
剩下的问题就是单次延迟时间到了可以及时执行相应功能，那么就可以开启一个CC捕获比较中断。而延迟时间可以直接通过设置CCR比较捕获寄存器实现。比如当前定时器的计数值是1000，我们要实现10us的单次延迟，我们就可以直接设置CCR的数值为1000 + 10 =1010即可，等1010的计数值到了，就会触发CC捕获比较中断。
35.2.1 定时器单次延迟宏定义
单次延迟支持TIM2，TIM3，TIM4和TIM5，其中TIM2和TIM5是32位定时器，而TIM3和TIM4是16位定时器。每个定时器都有4个通道，可以独立配置使用，互不影响。
1. /* 2. 定义用于硬件定时器的TIM， 可以使 TIM2 - TIM5 3. */ 4. #define USE_TIM2 5. //#define USE_TIM3 6. //#define USE_TIM4 7. //#define USE_TIM5 8. 9. #ifdef USE_TIM2 10. #define TIM_HARD TIM2 11. #define RCC_TIM_HARD_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE() 12. #define TIM_HARD_IRQn TIM2_IRQn 13. #define TIM_HARD_IRQHandler TIM2_IRQHandler 14. #endif 15. 16. #ifdef USE_TIM3 17. #define TIM_HARD TIM3 18. #define RCC_TIM_HARD_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE() 19. #define TIM_HARD_IRQn TIM3_IRQn 20. #define TIM_HARD_IRQHandler TIM3_IRQHandler 21. #endif 22. 23. #ifdef USE_TIM4 24. #define TIM_HARD TIM4 25. #define RCC_TIM_HARD_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_TIM4_CLK_ENABLE() 26. #define TIM_HARD_IRQn TIM4_IRQn 27. #define TIM_HARD_IRQHandler TIM4_IRQHandler 28. #endif 29. 30. #ifdef USE_TIM5 31. #define TIM_HARD TIM5 32. #define RCC_TIM_HARD_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_TIM5_CLK_ENABLE() 33. #define TIM_HARD_IRQn TIM5_IRQn 34. #define TIM_HARD_IRQHandler TIM5_IRQHandler 35. #endif 36. 37. /* 保存 TIM定时中断到后执行的回调函数指针 */ 38. static void (*s_TIM_CallBack1)(void); 39. static void (*s_TIM_CallBack2)(void); 40. static void (*s_TIM_CallBack3)(void); 41. static void (*s_TIM_CallBack4)(void);
这里把几个关键的地方阐释下：
- 第4- 7行，用于选择要使用的定时器，使用哪个定时器，使能那个宏定义即可。
- 第9 - 14行，用于配置定时器的四个宏定义，这里是配置的TIM2，后面TIM3，TIM4，TIM5的配置同理。
- 第38 – 40行，定义4个函数指针，用于保存定时器CC比较捕获中断执行后的回调函数指针。
35.2.2 定时器单次延迟初始化
单次定时器的初始化代码如下：
1. /* 2. ****************************************************************************************************** 3. * 函 数 名: bsp_InitHardTimer 4. * 功能说明: 配置 TIMx，用于us级别硬件定时。TIMx将自由运行，永不停止. 5. * TIMx可以用TIM2 - TIM5 之间的TIM, 这些TIM有4个通道, 挂在 APB1 上，输入时钟 6. * =SystemCoreClock / 2 7. * 形 参: 无 8. * 返 回 值: 无 9. ****************************************************************************************************** 10. */ 11. void bsp_InitHardTimer(void) 12. { 13. TIM_HandleTypeDef TimHandle = {0}; 14. uint32_t usPeriod; 15. uint16_t usPrescaler; 16. uint32_t uiTIMxCLK; 17. TIM_TypeDef* TIMx = TIM_HARD; 18. 19. RCC_TIM_HARD_CLK_ENABLE(); /* 使能TIM时钟 */ 20. 21. /*----------------------------------------------------------------------- 22. bsp.c 文件中 void SystemClock_Config(void) 函数对时钟的配置如下: 23. 24. System Clock source = PLL (HSE) 25. SYSCLK(Hz) = 400000000 (CPU Clock) 26. HCLK(Hz) = 200000000 (AXI and AHBs Clock) 27. AHB Prescaler = 2 28. D1 APB3 Prescaler = 2 (APB3 Clock 100MHz) 29. D2 APB1 Prescaler = 2 (APB1 Clock 100MHz) 30. D2 APB2 Prescaler = 2 (APB2 Clock 100MHz) 31. D3 APB4 Prescaler = 2 (APB4 Clock 100MHz) 32. 33. 因为APB1 prescaler != 1, 所以 APB1上的TIMxCLK = APB1 x 2 = 200MHz; 34. 因为APB2 prescaler != 1, 所以 APB2上的TIMxCLK = APB2 x 2 = 200MHz; 35. APB4上面的TIMxCLK没有分频，所以就是100MHz; 36. 37. APB1 定时器有 TIM2, TIM3 ,TIM4, TIM5, TIM6, TIM7, TIM12, TIM13, TIM14，LPTIM1 38. APB2 定时器有 TIM1, TIM8 , TIM15, TIM16，TIM17 39. 40. APB4 定时器有 LPTIM2，LPTIM3，LPTIM4，LPTIM5 41. 42. ----------------------------------------------------------------------- */ 43. if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8) || (TIMx == TIM15) || (TIMx == TIM16) || (TIMx == TIM17)) 44. { 45. /* APB2 定时器时钟 = 200M */ 46. uiTIMxCLK = SystemCoreClock / 2; 47. } 48. else 49. { 50. /* APB1 定时器 = 200M */ 51. uiTIMxCLK = SystemCoreClock / 2; 52. } 53. 54. usPrescaler = uiTIMxCLK / 1000000 - 1; /* 分频比 = 1 */ 55. 56. if (TIMx == TIM2 || TIMx == TIM5) 57. { 58. usPeriod = 0xFFFFFFFF; 59. } 60. else 61. { 62. usPeriod = 0xFFFF; 63. } 64. 65. /* 66. 设置分频为usPrescaler后，那么定时器计数器计1次就是1us 67. 而参数usPeriod的值是决定了最大计数： 68. usPeriod = 0xFFFF 表示最大0xFFFF微妙。 69. usPeriod = 0xFFFFFFFF 表示最大0xFFFFFFFF微妙。 70. */ 71. TimHandle.Instance = TIMx; 72. TimHandle.Init.Prescaler = usPrescaler; 73. TimHandle.Init.Period = usPeriod; 74. TimHandle.Init.ClockDivision = 0; 75. TimHandle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; 76. TimHandle.Init.RepetitionCounter = 0; 77. TimHandle.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE; 78. 79. if (HAL_TIM_Base_Init(&TimHandle) != HAL_OK) 80. { 81. Error_Handler(__FILE__, __LINE__); 82. } 83. 84. /* 配置定时器中断，给CC捕获比较中断使用 */ 85. { 86. HAL_NVIC_SetPriority(TIM_HARD_IRQn, 0, 2); 87. HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM_HARD_IRQn); 88. } 89. 90. /* 启动定时器 */ 91. HAL_TIM_Base_Start(&TimHandle); 92. }
这里把几个关键的地方阐释下：
- 第13行，HAL库的这个结构体变量要初始化为0，此问题在第32章的的4.1小节有专门说明。
- 第43 – 52行，获取定时器的时钟频率，TIM2，TIM3，TIM4和TIM5都是用的APB1，因为APB1 prescaler != 1, 所以 APB1上的TIMxCLK = APB1 x 2 = 200MHz。
- 第54行，设置分频参数，定时器分频的频率是1MHz。
- 第71 - 82行，设置分频为usPrescaler后，那么定时器计数器计1次就是1us，而参数usPeriod的值是决定了最大计数：
usPeriod = 0xFFFF 表示最大0xFFFF微秒。
usPeriod = 0xFFFFFFFF 表示最大0xFFFFFFFF微秒。
- 第86 – 87行，这里要特别注意，此处是开启定时器的NVIC是供CC捕获比较中断使用，而不是更新中断。
- 第91行，启动定时器。
35.2.3 定时器单次延迟启动
下面是定时器的启动代码，使用TIM2-5做单次定时器使用, 定时时间到后执行回调函数。可以同时启动4个定时器，互不干扰。
1. /* 2. ****************************************************************************************************** 3. * 函 数 名: bsp_StartHardTimer 4. * 功能说明: 使用TIM2-5做单次定时器使用, 定时时间到后执行回调函数。可以同时启动4个定时器，互不干扰。 5. * 定时精度正负1us （主要耗费在调用本函数的执行时间，函数内部进行了补偿减小误差） 6. * TIM2和TIM5 是32位定时器。定时范围很大 7. * TIM3和TIM4 是16位定时器。 8. * 形 参: _CC : 捕获通道几，1，2，3, 4 9. * _uiTimeOut : 超时时间, 单位 1us. 对于16位定时器，最大 65.5ms; 对于32位定时器，最大 4294秒 10. * _pCallBack : 定时时间到后，被执行的函数 11. * 返 回 值: 无 12. ****************************************************************************************************** 13. */ 14. void bsp_StartHardTimer(uint8_t _CC, uint32_t _uiTimeOut, void * _pCallBack) 15. { 16. uint32_t cnt_now; 17. uint32_t cnt_tar; 18. TIM_TypeDef* TIMx = TIM_HARD; 19. 20. /* H743速度较快，无需补偿延迟，实测精度正负1us */ 21. 22. cnt_now = TIMx->CNT; 23. cnt_tar = cnt_now + _uiTimeOut; /* 计算捕获的计数器值 */ 24. if (_CC == 1) 25. { 26. s_TIM_CallBack1 = (void (*)(void))_pCallBack; 27. 28. TIMx->CCR1 = cnt_tar; /* 设置捕获比较计数器CC1 */ 29. TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC1; /* 清除CC1中断标志 */ 30. TIMx->DIER |= TIM_IT_CC1; /* 使能CC1中断 */ 31. } 32. else if (_CC == 2) 33. { 34. s_TIM_CallBack2 = (void (*)(void))_pCallBack; 35. 36. TIMx->CCR2 = cnt_tar; /* 设置捕获比较计数器CC2 */ 37. TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC2; /* 清除CC2中断标志 */ 38. TIMx->DIER |= TIM_IT_CC2; /* 使能CC2中断 */ 39. } 40. else if (_CC == 3) 41. { 42. s_TIM_CallBack3 = (void (*)(void))_pCallBack; 43. 44. TIMx->CCR3 = cnt_tar; /* 设置捕获比较计数器CC3 */ 45. TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC3; /* 清除CC3中断标志 */ 46. TIMx->DIER |= TIM_IT_CC3; /* 使能CC3中断 */ 47. } 48. else if (_CC == 4) 49. { 50. s_TIM_CallBack4 = (void (*)(void))_pCallBack; 51. 52. TIMx->CCR4 = cnt_tar; /* 设置捕获比较计数器CC4 */ 53. TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC4; /* 清除CC4中断标志 */ 54. TIMx->DIER |= TIM_IT_CC4; /* 使能CC4中断 */ 55. } 56. else 57. { 58. return; 59. } 60. }
这里把几个关键的地方阐释下：
- 第22行，获取定时器的计数值，赋给32位变量。
- 第23行，将当前的计数值和延迟的计数值求和，这里有个隐含的知识点，就是两个数求和会有溢出的情况，溢出了会不会出问题，答案是不会的
- 对于32位定时器，如果两个32位变量求和超过范围，那么变量cnt_tar最终结果是超出的那部分。而定时器的配置也是向上计数的，计数满32位后，也是从0开始重新计数，记到cnt_tar就是我们所设置的_uiTimeOut时间。为了方便大家理解，举个例子，比如cnt_now = TIMx->CNT = 0xfffffff0， _uiTimeOut = 0x20。那么cnt_tar = 0x10，定时器从0xfffffff0计数到0xffffffff后，再从0开始计数到0x10，时间差就是_uiTimeOut。
- 对于16位定时器，cnt_now = TIMx->CNT获取的数值是小于等于0xffff的，执行第23行的函数后，变量cnt_tar的数值是有可能会大于0xffff的，这也没有关系的，因为16位定时器对应的CCR寄存器是16位的，执行效果跟32位定时器溢出的效果一样。比如cnt_now = TIMx->CNT = 0xfff0， _uiTimeOut = 0x20。那么cnt_tar = 0x10010，将这个数值赋值给16位的CCR寄存器效果就是CCR = 0x10。定时器从0xfff0计数到0xffff后，再从0开始计数到0x10，时间差就_uiTimeOut。
- 第24行，_CC = 1表示通道1，_CC = 2表示通道2，_CC = 3表示通道3，_CC = 4表示通道4。
- 第26行，参数_pCallBack前的void (*)(void)是函数指针的强制类型转换，防止警告。
- 第28 – 30行，设置捕获比较寄存器CCR，清除CC中断并开启CC中断。
- 第32 – 55行，其它通道的处理。跟通道1的处理方式相同。
看了源码后，也许会有读者会问，程序里面直接将定时器计数器CNT清零后设置新的计数是否可行。答案是不行的，因为我们要实现四个通道可以同时使用，如果CNT清零，将影响其它通道的使用。
35.2.4 定时器中断处理
定时器中断服务程序主要用于处理 CC捕获比较中断，启动单次延迟后，时间到了将执行中断服务程序里面的回调函数。用户可以在这个回调函数里面实现要做的功能。
1. /* 2. ****************************************************************************************************** 3. * 函 数 名: TIMx_IRQHandler 4. * 功能说明: TIM 中断服务程序 5. * 形 参：无 6. * 返 回 值: 无 7. ****************************************************************************************************** 8. */ 9. void TIM_HARD_IRQHandler(void) 10. { 11. uint16_t itstatus = 0x0, itenable = 0x0; 12. TIM_TypeDef* TIMx = TIM_HARD; 13. 14. 15. itstatus = TIMx->SR & TIM_IT_CC1; 16. itenable = TIMx->DIER & TIM_IT_CC1; 17. 18. if ((itstatus != (uint16_t)RESET) && (itenable != (uint16_t)RESET)) 19. { 20. TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC1; 21. TIMx->DIER &= (uint16_t)~TIM_IT_CC1; /* 禁能CC1中断 */ 22. 23. /* 先关闭中断，再执行回调函数。因为回调函数可能需要重启定时器 */ 24. s_TIM_CallBack1(); 25. } 26. 27. itstatus = TIMx->SR & TIM_IT_CC2; 28. itenable = TIMx->DIER & TIM_IT_CC2; 29. if ((itstatus != (uint16_t)RESET) && (itenable != (uint16_t)RESET)) 30. { 31. TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC2; 32. TIMx->DIER &= (uint16_t)~TIM_IT_CC2; /* 禁能CC2中断 */ 33. 34. /* 先关闭中断，再执行回调函数。因为回调函数可能需要重启定时器 */ 35. s_TIM_CallBack2(); 36. } 37. 38. itstatus = TIMx->SR & TIM_IT_CC3; 39. itenable = TIMx->DIER & TIM_IT_CC3; 40. if ((itstatus != (uint16_t)RESET) && (itenable != (uint16_t)RESET)) 41. { 42. TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC3; 43. TIMx->DIER &= (uint16_t)~TIM_IT_CC3; /* 禁能CC2中断 */ 44. 45. /* 先关闭中断，再执行回调函数。因为回调函数可能需要重启定时器 */ 46. s_TIM_CallBack3(); 47. } 48. 49. itstatus = TIMx->SR & TIM_IT_CC4; 50. itenable = TIMx->DIER & TIM_IT_CC4; 51. if ((itstatus != (uint16_t)RESET) && (itenable != (uint16_t)RESET)) 52. { 53. TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_IT_CC4; 54. TIMx->DIER &= (uint16_t)~TIM_IT_CC4; /* 禁能CC4中断 */ 55. 56. /* 先关闭中断，再执行回调函数。因为回调函数可能需要重启定时器 */ 57. s_TIM_CallBack4(); 58. } 59. }
中断服务程序里面四个通道的处理方式是一样的，这里以通道1为例进行说明。
- 第15 – 18行，获取是否使能了CC中断且CC中断标志被置位。
- 第20 – 24行，清除CC中断标志，关闭CC中断，并执行回调函数。
- 第27 - 58行，其它通道的处理。跟通道1的处理方式相同。
35.3 定时器板级支持包（bsp_timer.c）
定时器单次延迟驱动文件bsp_timer.c供用户调用的主要是如下两个函数：
- bsp_InitHardTimer
- bsp_StartHardTimer
注意，当用户调用了函数bsp_InitTimer，此函数里面会调用bsp_InitHardTimer，用户无需再单独调用进行初始化。
35.3.1 函数bsp_InitHardTimer
函数原型：
void bsp_InitHardTimer(void)
函数描述：
此函数主要用于初始化定时器的单次延迟功能。us级别硬件定时，TIMx将自由运行，永不停止。
注意事项：
- 当用户调用了函数bsp_InitTimer，此函数也会被调用，无需用户再单独调用。
35.3.2 函数bsp_StartHardTimer
函数原型：
void bsp_StartHardTimer(uint8_t _CC, uint32_t _uiTimeOut, void * _pCallBack)
函数描述：
使用TIM2-5做单次定时器使用, 定时时间到后执行回调函数。可以同时启动4个定时器通道，互不干扰。定时精度正负1us（主要耗费在调用本函数的执行时间）。
函数参数：
- 第1个参数表示使用的捕获比较通道，数值范围1，2，3, 4，分别表示通道1，通道2，通道3和通道4。
- 第2个参数是超时时间, 单位 1us。对于16位定时器，最大0xFFFF微秒，即65.5毫秒，对于32位定时器，最大 0xFFFFFFFF微秒，即4294秒。
- 第3个参数是超时时间到后，被执行的回调函数。
注意事项：
- 根据使用的16位定时器或32位定时器，设置的超时时间不可超出范围。
使用举例：
可以看本章节配套的实例。
35.4 定时器驱动移植和使用
定时器的移植比较简单：
- 第1步：复制bsp_timer.c和bsp_timer.h到自己的工程目录，并添加到工程里面。
- 第2步：这几个驱动文件主要用到HAL库的GPIO和TIM驱动文件，简单省事些可以添加所有HAL库.C源文件进来。
- 第3步，应用方法看本章节配套例子即可。
35.5 实验例程设计框架
通过程序设计框架，让大家先对配套例程有一个全面的认识，然后再理解细节，本次实验例程的设计框架如下：
- 第1阶段，上电启动阶段：这部分在第14章进行了详细说明。
- 第2阶段，进入main函数：
-
- 第1步，硬件初始化，主要是MPU，Cache，HAL库，系统时钟，滴答定时器，LED和串口。
- 第2步，借助按键消息，方便用户测量不同微秒延迟实际耗时。
35.6 实验例程说明（MDK）
配套例子：
V7-020_定时器四个比较捕获通道实现微妙级单次延迟（驱动支持TIM2-TIM5）
实验目的：
- 学习定时器实现微秒级单次延迟。
实验内容：
- 系统上电后驱动了1个软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- STM32H7支持TIM1-TIM8，TIM12-TIM17共14个定时器，而中间的TIM9，TIM10，TIM11是不存在的。
- 在不需要任何补偿的情况下，误差可以做到正负1微秒以内。
- 通过测量FMC扩展引脚23，可以测试单次延迟的实际执行时间。
实验操作：
- K1键按下，实现一个5微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
- K2键按下，实现一个10微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
- K3键按下，实现一个100微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
FMC扩展引脚23的位置：
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1
实际执行时间测量：
在不做任何误差补偿的情况下，误差在正负1微妙内，下面是延迟5微妙的实际执行时间：
下面是延迟10微妙的实际执行时间：
程序设计：
系统栈大小分配：
RAM空间用的DTCM：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_Init * 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* 配置MPU */ MPU_Config(); /* 使能L1 Cache */ CPU_CACHE_Enable(); /* STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，HSI时钟: - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。 - 设置NVIV优先级分组为4。 */ HAL_Init(); /* 配置系统时钟到400MHz - 切换使用HSE。 - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。 - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V7开发板用户手册第xx章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder并开启 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ }
MPU配置和Cache配置：
数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM）和FMC的扩展IO区。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: MPU_Config * 功能说明: 配置MPU * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void MPU_Config( void ) { MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct; /* 禁止 MPU */ HAL_MPU_Disable(); /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */ MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE; MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000; MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB; MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS; MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE; MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE; MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE; MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0; MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL1; MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00; MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE; HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct); /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */ MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE; MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x60000000; MPU_InitStruct.Size = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB; MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS; MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE; MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE; MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE; MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER1; MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0; MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00; MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE; HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct); /*使能 MPU */ HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT); } /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: CPU_CACHE_Enable * 功能说明: 使能L1 Cache * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void CPU_CACHE_Enable(void) { /* 使能 I-Cache */ SCB_EnableICache(); /* 使能 D-Cache */ SCB_EnableDCache(); }
主功能：
主程序实现如下操作：
- K1键按下，实现一个5微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
- K2键按下，实现一个10微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
- K3键按下，实现一个100微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: main * 功能说明: c程序入口 * 形 参: 无 * 返 回 值: 错误代码(无需处理) ********************************************************************************************************* */ int main(void) { uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */ bsp_Init(); /* 硬件初始化 */ PrintfLogo(); /* 打印例程名称和版本等信息 */ PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */ bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */ /* 进入主程序循环体 */ while (1) { bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */ /* 判断定时器超时时间 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2); } /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */ ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */ if (ucKeyCode != KEY_NONE) { switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下，实现一个5微秒的单次延迟 */ bsp_StartHardTimer(1 ,5, (void *)TIM_CallBack2); HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23); break; case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下，实现一个10微秒的单次延迟 */ bsp_StartHardTimer(1 ,10, (void *)TIM_CallBack2); HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23); break; case KEY_DOWN_K3: /* K3键按下，实现一个100微秒的单次延迟 */ bsp_StartHardTimer(1 ,100, (void *)TIM_CallBack2); HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23); break; default: /* 其它的键值不处理 */ break; } } } }
注意回调函数的处理：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: TIM_CallBack2 * 功能说明: 定时器中断的回调函数，此函数被bsp_StartHardTimer所调用。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void TIM_CallBack2(void) { HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23); bsp_LedToggle(4); }
35.7 实验例程说明（IAR）
配套例子：
V7-020_定时器四个比较捕获通道实现微妙级单次延迟（驱动支持TIM2-TIM5）
实验目的：
- 学习定时器实现微秒级单次延迟。
实验内容：
- 系统上电后驱动了1个软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- STM32H7支持TIM1-TIM8，TIM12-TIM17共14个定时器，而中间的TIM9，TIM10，TIM11是不存在的。
- 在不需要任何补偿的情况下，误差可以做到正负1微秒以内。
- 通过测量FMC扩展引脚23，可以测试单次延迟的实际执行时间。
实验操作：
- K1键按下，实现一个5微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
- K2键按下，实现一个10微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
- K3键按下，实现一个100微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
FMC扩展引脚23的位置：
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1
实际执行时间测量：
在不做任何误差补偿的情况下，误差在正负1微妙内，下面是延迟5微妙的实际执行时间：
下面是延迟10微妙的实际执行时间：
程序设计：
系统栈大小分配：
RAM空间用的DTCM：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_Init * 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* 配置MPU */ MPU_Config(); /* 使能L1 Cache */ CPU_CACHE_Enable(); /* STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，HSI时钟: - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。 - 设置NVIV优先级分组为4。 */ HAL_Init(); /* 配置系统时钟到400MHz - 切换使用HSE。 - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。 - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V7开发板用户手册第xx章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder并开启 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ }
MPU配置和Cache配置：
数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM）和FMC的扩展IO区。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: MPU_Config * 功能说明: 配置MPU * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void MPU_Config( void ) { MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct; /* 禁止 MPU */ HAL_MPU_Disable(); /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */ MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE; MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000; MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB; MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS; MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE; MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE; MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE; MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0; MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL1; MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00; MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE; HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct); /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */ MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE; MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x60000000; MPU_InitStruct.Size = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB; MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS; MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE; MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE; MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE; MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER1; MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0; MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00; MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE; HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct); /*使能 MPU */ HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT); } /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: CPU_CACHE_Enable * 功能说明: 使能L1 Cache * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void CPU_CACHE_Enable(void) { /* 使能 I-Cache */ SCB_EnableICache(); /* 使能 D-Cache */ SCB_EnableDCache(); }
主功能：
主程序实现如下操作：
- K1键按下，实现一个5微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
- K2键按下，实现一个10微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
- K3键按下，实现一个100微秒的单次延迟，开启后翻转FMC扩展引脚23，时间到后翻转LED4，再翻转扩展引脚23。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: main * 功能说明: c程序入口 * 形 参: 无 * 返 回 值: 错误代码(无需处理) ********************************************************************************************************* */ int main(void) { uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */ bsp_Init(); /* 硬件初始化 */ PrintfLogo(); /* 打印例程名称和版本等信息 */ PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */ bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */ /* 进入主程序循环体 */ while (1) { bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */ /* 判断定时器超时时间 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2); } /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */ ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */ if (ucKeyCode != KEY_NONE) { switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下，实现一个5微秒的单次延迟 */ bsp_StartHardTimer(1 ,5, (void *)TIM_CallBack2); HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23); break; case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下，实现一个10微秒的单次延迟 */ bsp_StartHardTimer(1 ,10, (void *)TIM_CallBack2); HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23); break; case KEY_DOWN_K3: /* K3键按下，实现一个100微秒的单次延迟 */ bsp_StartHardTimer(1 ,100, (void *)TIM_CallBack2); HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23); break; default: /* 其它的键值不处理 */ break; } } } }
注意回调函数的处理：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: TIM_CallBack2 * 功能说明: 定时器中断的回调函数，此函数被bsp_StartHardTimer所调用。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void TIM_CallBack2(void) { HC574_TogglePin(GPIO_PIN_23); bsp_LedToggle(4); }
35.8 总结
本章节就为大家讲解这么多，单次延迟在实际项目中用到的地方较多，如Modbus帧符间隔，定时采集一段时间波形等，望初学者务必掌握。
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