STM32 定时器1秒执行一次 计算频率 STM32CubemxIDE_利用stm32f7定时器生成一个1秒发生一次的事件

为实现测量频率这个功能,采用STM32的定时器功能,大体方案是用2个定时器来实现,
TIM4 定时器负责计数.
TIM2 定时器负责1秒产生一次中断,执行一次脉冲计数采集工作.记录下TIM4的计数值.

实现过程如下
先看下时钟频率

配置定时器TIM2

TIM2开中断

关于定时器4是如何计数的,外部时钟模式走的是TI1_ED 时钟线.这里为啥是65536呢? 是因为这个计数器是16位的. 最大只能到65536-1,溢出以后自动到中断值里面.count_over++ 这样就可以计数很大的次数了.当然不中断也可以,还可以定时器级联.这样就要多占用一个定时器了.

后来发现上面这个是错误的，

不能配置Time4的CH通道，时钟源改成ETR2就可以了。正确的是下面的效果，已验证。

实现代码如下

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback (TIM_HandleTypeDef * htim)
{
	///每秒定时器
	///定时器2.每1秒触发一次中断, 在中断中读取Time4 的脉冲数 
	if (htim == &htim2 ) //检查TIM2更新中断发生与否
	{ 
	        //1.读取Count
		    count_i = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim4);
		    __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim4, 0); //重置定时计数器
	        //2.加上溢出数.* 36mhz
		    count_i = count_over * 65536 + count_i;
	        count_over = 0;
	}

	//TIM4 外部脉冲信号计数溢出,产生中断的时候就会进来.
	//脉冲信号经过TIMx_CH1 输入滤波,和边沿检测后,转成TI1F_ED->TRC时钟信号.然后这个Conte 记录的实际上是霍尔传感器的脉冲数.
	///定时器2.每次触发都是定时器计数超出了最大值,为了保证不丢失计数信息,只需要给溢出标志 count_over++;
	//if (htim-> Instance ==TIM4 && __HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_UPDATE)   != RESET)  //检查TIM2的中断是否更新中断,因为很多中断都会调用HAL_TIM_IRQHandler ,所以要区分一下
	if (htim  == &htim4  )
	{ 
		count_over++;
	}
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

今天发现定时器中断总是进不去.发现了2个问题

一.生成的配置文件有问题
需要点好几次NVIC中断,才能生成合格的代码. 生成的tim.c文件中应该有 HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);才能开启中断. 先确认下生成的代码有没有问题, 如果没有那么需要去勾上Nvic中断 再去掉.生成代码来回折腾几次就出来了.

二 . 定时器开中断没有开启
,定时器开中断默认是没有开启的, 而且要在初始化代码里面手动初始化中断.

void MyInit(void)
{  
	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);//开中断才会触发中断函数 HAL_TIM_PeriodElapsedCallback
	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim4);//开中断才会触发中断函数 HAL_TIM_PeriodElapsedCallback
}
 
1
2
3
4
5
6

TIM Update event 计数更新事件的处理函数在HAL库的写法里面变了.
在标准库时代是TIM_IRQHandler 里面写,
后来HAL库发现已经实现了 HAL_TIM_IRQHandler .

经过查看源代码发现, 在 void HAL_TIM_IRQHandler(TIM_HandleTypeDef *htim)中调用了HAL_TIM_PeriodElapsedCallback.
代码如下,那么只要实现 HAL_TIM_PeriodElapsedCallback方法就可以实现对 TIM Update event 的处理.也就是上面的代码.

void HAL_TIM_IRQHandler(TIM_HandleTypeDef *htim){
  ....
  ....
  /* TIM Update event */
  if (__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET)
  {
    if (__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(htim, TIM_IT_UPDATE) != RESET)
    {
      __HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_UPDATE);
#if (USE_HAL_TIM_REGISTER_CALLBACKS == 1)
      htim->PeriodElapsedCallback(htim);
#else
      HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(htim);
#endif /* USE_HAL_TIM_REGISTER_CALLBACKS */
    }
  }
  ....
  ....
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

在后来的调试过程中,发现.了另外两个问题.
第一个是传感器的信号始终得不到, 因为我采用的是3144霍尔传感器, 这种传感器的信号输出引脚是可以直接挂在STM32芯片上Time2的外部始终引脚上的 . 后来在小火箭兄弟的帮助下,找到了问题的原因, 这种传感器要把GPIO mode引脚改成上拉Pull-up. 这样传感器的输出电压才能上来, 因为这个3144霍尔传感器在检测到磁性物体时发出的信号是低电压… 所以在没设置上拉的时候电压达不到,所以就检测不到信号了… (这应该属于低级问题了,我电子和单片机刚入门新手,请谅解),

另外下面这个图里面的Time2 对于的应该是上文的Time4, 但是配置都是一样的,因为我的程序后来Time4的脉冲采集功能放在了Time2 Time2的定时1秒功能放在了Time1, 所以如下所见了.

第二个问题,测得的频率不及时.
这个问题是因为我上面的Time1 配置是按照1秒更新一次频率数据, 这1秒一次的速度对于人来讲还行,但是对于某些机器来讲是不行的, 例如四轴飞行器,1S更新一次数据估计都要坠机了. 所以为了更快的得到实时数据,我改成了100ms更新一次数据.
频率数据的实时性提高了,但是这样又引入了另外一个问题, 如果频率小于10HZ的时候,将无法测量准确. 因为在每100ms采样一次的时候有可能信号还没触发会在下一个100ms采样的时候触发. … 这样会导致10hz以下的频率无法准确测得.为了解决这个问题,我引入了 循环数组,将最近10次的计数值.存储在一个数组中. 100ms采样1次,1秒钟正好采样10次, 所以我创建了一个长度为10的数组,用来存储每次采样获得的霍尔传感器的脉冲次数. 在每次取数据的时候在求和.就得到了1秒钟的脉冲总数…
这里要说明的是我并没有在100ms一次的中断里面立即计算结果.这样会导致性能方面的一些影响. 所以只是在中断中循环存储数据然后清零而已,取数据的时候再对数组求和.毕竟取数据的速度要低的多次数也少的多.
引入循环池后的代码如下

//频率相关的变量
//int32_t pulse_count=0;
#define SAMPLECOUNT 10
//uint32_t count_over=0;
uint32_t count_Array[SAMPLECOUNT];
uint8_t count_ArrayIndex=0;
//频率相关的变量 

//读取转速数据,
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback (TIM_HandleTypeDef * htim)
{
	if (htim == &htim2 )
	{	    ///每0.1秒定时器 
	        //1.读取霍尔传感器在0.1秒内收到的脉冲计数Count
		    uint32_t count_i = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim4);
		    __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim4, 0); //把这个数值清零重新计数 
	        if(count_ArrayIndex >= SAMPLECOUNT) {count_ArrayIndex = 0 ;}
	        count_Array[count_ArrayIndex] = count_i;//pulse_count
	        count_ArrayIndex ++;
	} 
}
//在主函数中读取频率函数,将1秒内的10次计数求和即可
int32_t ReadFrequency(void)
{
	int32_t Frequency =0;
	for(int i=0;i<SAMPLECOUNT;i++){
		Frequency += count_Array[i] ;
	}
	return Frequency;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

经过测试,此方法非常有效, 可以测得1-10HZ以下的频率, 最高目前测到150KHZ没啥大问题. 而且省去了一个溢出变量和一个判断, 再高的频率我还没有方法测试,因为没有合适的信号发生器…有条件了再测一下.

后来在经过实际比对的时候又发现一个致命的问题, 频率有点误差, 记录如下表:
1khz 误差8hz
2khz 误差15hz
3khz 误差22hz
4khz 误差30hz
5khz 误差38hz
6khz 误差45hz
7khz 误差51hz
8khz 误差60hz
基本上呈线性误差.
经过推测,在150khz的时候应该误差在1150左右, 但是实际上在150khz却只有200左右. 说明, 这个误差跟系统代码或逻辑没有什么关系. 因为如果是系统或代码引起的问题一般呈线性或固定误差. 那么这个误差是哪里来的呢?
经过2个小时的苦思冥想, 终于明白了. 应该是时间问题.这个时间应该是我们的0.1秒定时器的时间不准确导致的. 我们的0.1秒可能就不是标准的0.1秒,有可能比0.1秒多了0.001秒, 10次累积下来就差不多了.所以我就开始调周期定时器的配置,最终改成了下面这个样子

这个小小的修改就把误差从200多降到了非常低的水平. 当然原先的-1是完全不对的.
这里有个小技巧, 64001000和64010000理论上应该是一样的吧.但实际上不一样.
这个地方640个时钟周期计数一次和6400个时钟周期计数一次,差了10倍. 在这段时间里面就有可能越过了好多信号. 所以要想时间精准就要减少预分频数.两者的成绩最后任然是0.1秒即可.
相当于最小的时间片. 时间切得小,就越是精准. 但是下面的计数上限是65536. 不能超过这个数值.
当然还有最佳的数值应该是100个时钟周期计数一次,计数超过64000就是0.1秒. 这样的时间片最小, 定时也更接近真正的0.1秒. 最终就是下面的配置了.

   我又产生了另外一个疑问. 如何才能准确的产生绝对的0.1秒呢? 这似乎是不可能的事情...得和标准的原子时钟做比较.才行了.
1

后来经过很多种方法的比较发现, 最好的测量频率的方法是采用占空比的方法测量 , 必须用硬件进行测量. 要使用定时器的双通道测量法.

步骤参考下面的文章
https://blog.csdn.net/qq153471503/article/details/130363906