STM32F103C8T6第三天：pwm、sg90、超声波、距离感应按键开盖震动开盖蜂鸣器

1. 定时器介绍1（317.21）

  • 软件定时（之前的定时方法）（软件延时）
  • 缺点：不精确、占用CPU资源
void Delay500ms() //@11.0592MHz
{unsigned char i, j, k;_nop_();i = 4;j = 129;k = 119;do{do{while (--k);} while (--j);} while (--i);
}

定时器工作原理：

  • 使用精准的时基，通过硬件的方式，实现定时功能。定时器核心就是计数器。
    在这里插入图片描述

定时器分类：

  • 基本定时器（TIM6 ~ TIM7）
  • 通用定时器（TIM2 ~ TIM5）
  • 高级定时器（TIM1 和 TIM8）
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STM32F103C8T6定时器资源：

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通用定时器介绍：

1) 16 位向上、向下、向上/向下自动装载计数器（TIMx_CNT）。
2) 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。
3）4 个独立通道（TIMx_CH1~4），这些通道可以用来作为：A．输入捕获B．输出比较C．PWM 生成(边缘或中间对齐模式)D．单脉冲模式输出
4）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。
定时器计数模式：
定时器时钟源：
5）如下事件发生时产生中断/DMA：A．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)B．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)C．输入捕获D．输出比较E．支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路F．触发输入作为外部时钟或者按周期的

2. 定时器介绍1（318.22）

定时器计数模式：

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定时器时钟源：

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定时器溢出时间计算公式：（加一是因为计算机是从0开始计数的）

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  • 例如，要定时500ms（0.5s），则：PSC=7199，ARR=4999，Tclk=72M（72000000Hz）

3. 使用定时器中断点亮LED灯（319.23）

  • 需求：使用定时器中断方法，每500ms翻转一次LED1灯状态。
  1. RCC配置
  2. LED1灯配置
  3. 时钟数配置
  4. TIM2配置
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  5. 工程配置
  6. 重写更新中断回调函数
  • 代码（6.timer_test/MDK-ARM）
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{//重写更新中断回调函数if(htim->Instance == TIM2)HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_8);//每过500ms翻转led1的状态
}
  1. 启动定时器
  • 在main.c中，在定时器初始化命令之后加入以下代码：
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

4. PWM概述（320.24）

STM32F103C8T6 PWM 资源：

  • 高级定时器（TIM1）：7路
  • 通用定时器（TIM2~TIM4）：各4路
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    在这里插入图片描述

PWM 输出模式：

  • PWM 模式1：在向上计数时，一旦 CNT < CCRx 时输出为有效电平，否则为无效电平； 在向下计数时，一旦 CNT > CCRx 时输出为无效电平，否则为有效电平。
  • PWM 模式2：在向上计数时，一旦 CNT < CCRx 时输出为无效电平，否则为有效电平； 在向下计数时，一旦 CNT > CCRx 时输出为有效电平，否则为无效电平。
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PWM 周期与频率：

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PWM 占空比：

  • 由 TIMx_CCRx 寄存器决定。

5. PWM实现呼吸灯效果（321.25）

  • 需求：使用PWM点亮LED1实现呼吸灯效果。

LED灯为什么可以越来越亮，越来越暗？

  • 这是由不同的占空比决定的。

如何计算周期/频率？

  • 假如频率为 2kHz ，则：PSC=71，ARR=499

LED1连接到哪个定时器的哪一路？

  • 学会看产品手册：
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开始实战！

  1. 设置时钟
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  2. 设置定时器
  • 把极性设置为 Low，因为 LED 灯是低电平亮
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  1. 配置工程
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  2. 业务代码
  • 代码（7.pwm_test/MDK-ARM）
//main函数
// 定义变量
uint16_t pwmVal=0;  //调整PWM占空比 
uint8_t dir=1;    //设置改变方向。1：占空比越来越大；0：占空比越来越小HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_TIM4_Init();// 使能 Timer4 第3通道 PWM 输出
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_3);//打开pwm
// while循环实现呼吸灯效果
while (1)
{HAL_Delay(1);//如果没有 可能会不亮if (dir)pwmVal++;//1：越来越亮elsepwmVal--;//0：越来越暗//pwmVal 达到 PWM 周期时，就会反向改变方向if(pwmVal >= htim4.Init.Period)//越来越亮到顶端后dir = 0;//变为越来越暗else if (pwmVal <= 0)//越来越暗到底端后dir = 1;//变为越来越亮//修改比较值（CCRx）即修改占空比__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, pwmVal); 
}

6. 感应开关盖垃圾桶项目概述（322.26）

项目需求

  • 检测靠近时，垃圾桶自动开盖并伴随滴一声，2 秒后关盖
  • 发生震动时，垃圾桶自动开盖并伴随滴一声，2 秒后关盖
  • 按下按键时，垃圾桶自动开盖并伴随滴一声，2 秒后关盖

项目框图

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硬件清单

  • SG90舵机，超声波模块，震动传感器，蜂鸣器

7. sg90舵机概述（324.28）

sg90舵机介绍

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  • PWM波的频率不能太高，大约50HZ，即周期=1/频率=1/50=0.02s，20ms左右。

确定周期/频率

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  • 如果周期为20ms，则 PSC=7199，ARR=199

角度控制

  • 0.5ms-------------0度；2.5% 对应函数中 CCRx 为 5
  • 1.0ms------------45度；5.0% 对应函数中 CCRx 为 10
  • 1.5ms------------90度；7.5% 对应函数中 CCRx 为 15
  • 2.0ms-----------135度；10.0% 对应函数中 CCRx 为 20
  • 2.5ms-----------180度；12.5% 对应函数中 CCRx 为 25
    在这里插入图片描述

8. sg90舵机编程实战（323.27）

  • 需求： 每隔1s，转动一个角度：0度 --> 45度 --> 90度 --> 135度 --> 180度 --> 0度
  • 接线：
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  • STM32CubeMx工程配置
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  • 代码（8.sg90_test/MDK-ARM）
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_3);//打开Time4 第3通道的 PWMwhile (1)
{HAL_Delay(1000);__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 5);HAL_Delay(1000);__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 10);HAL_Delay(1000);__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 15);HAL_Delay(1000);__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 20);HAL_Delay(1000);__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 25);
}

9. 超声波传感器介绍及实战（325.29）

超声波传感器介绍

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  • 怎么让它发送波

    • Trig ，给Trig端口至少10us的高电平

  • 怎么知道它开始发送了

    • Echo信号，由低电平跳转到高电平，表示开始发送波

  • 怎么知道接收了返回波

    • Echo，由高电平跳转回低电平，表示波回来了

  • 怎么算时间
    Echo引脚维持高电平的时间！

    • 波发出去的那一刻，开始启动定时器；
    • 波返回来的拿一刻，开始停止定时器；

    计算出中间经过多少时间。

  • 怎么算距离

    • 距离 = 速度 （340m/s）* 时间/2
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编程实战

  • 需求： 使用超声波测距，当手离传感器距离小于5cm时，LED1点亮，否则保持不亮状态。
  • 接线：
    • Trig — PB6
    • Echo — PB7
    • LED1 — PB8
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  • 定时器配置：
    • 使用 TIM2 ，只用作计数功能，不用作定时。
    • 将 PSC 配置为 71，则计数 1 次代表 1us 。
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  • 编写微秒级函数：
//使用TIM2来做us级延时函数
void TIM2_Delay_us(uint16_t n_us)
{/* 使能定时器2计数 */__HAL_TIM_ENABLE(&htim2);__HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 0);while(__HAL_TIM_GetCounter(&htim2) < (1 * n_us));/* 关闭定时器2计数 */__HAL_TIM_DISABLE(&htim2);
}

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  • 主函数：
//1. Trig ，给Trig端口至少10us的高电平
//2. echo由低电平跳转到高电平，表示开始发送波
//波发出去的那一下，开始启动定时器
//3. 由高电平跳转回低电平，表示波回来了
//波回来的那一下，我们开始停止定时器
//4. 计算出中间经过多少时间
//5. 距离 = 速度 （340m/s）* 时间/2（计数1次表示1us）
//每500毫秒测试一次距离
  • 代码（9.sr_04_test/MDK-ARM）
int main()
{int cnt = 0;float distance = 0;HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_TIM2_Init();while (1){//1. Trig ，给Trig端口至少10us的高电平HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET);//拉高TIM2_Delay_us(20);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);//拉低//2. echo由低电平跳转到高电平，表示开始发送波//波发出去的那一下，开始启动定时器while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)==GPIO_PIN_RESET);HAL_TIM_Base_Start(&htim2);//启动定时器__HAL_TIM_SetCounter(&htim2,0);//从0开始计数//3. 由高电平跳转回低电平，表示波回来了//波回来的那一下，我们开始停止定时器while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)==GPIO_PIN_SET);HAL_TIM_Base_Stop(&htim2);//4. 计算出中间经过多少时间cnt = __HAL_TIM_GetCounter(&htim2);//5. 距离 = 速度 （340m/s）* 时间/2（计数1次表示1us）distance = 340*100*0.000001*cnt/2; //单位：cmif(distance < 5)HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET);elseHAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET);//每500毫秒测试一次距离HAL_Delay(500);}
}

10. 封装超声波测距代码（326.30）

  • 工程配置
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  • 代码（10.rubbish_test/MDK-ARM）
//使用TIM2来做us级延时函数
void TIM2_Delay_us(uint16_t n_us)
{/* 使能定时器2计数 */__HAL_TIM_ENABLE(&htim2);__HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 0);while(__HAL_TIM_GetCounter(&htim2) < ((1 * n_us)-1) );/* 关闭定时器2计数 */__HAL_TIM_DISABLE(&htim2);
}
double get_distance()
{int cnt = 0;//1. Trig ，给Trig端口至少10us的高电平HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET);//拉高TIM2_Delay_us(20);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);//拉低//2. echo由低电平跳转到高电平，表示开始发送波//波发出去的那一下，开始启动定时器while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)==GPIO_PIN_RESET);HAL_TIM_Base_Start(&htim2);//启动定时器__HAL_TIM_SetCounter(&htim2,0);//从0开始计数//3. 由高电平跳转回低电平，表示波回来了//波回来的那一下，我们开始停止定时器while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)==GPIO_PIN_SET);HAL_TIM_Base_Stop(&htim2);//4. 计算出中间经过多少时间cnt = __HAL_TIM_GetCounter(&htim2);//5. 距离 = 速度 （340m/s）* 时间/2（计数1次表示1us）return (340*100*0.000001*cnt/2); //单位：cm
}
int main(void)
{float distance = 0;		HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_TIM2_Init();while (1){distance = get_distance();if(distance < 5)HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET);elseHAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET);//每500毫秒测试一次距离HAL_Delay(500);}
}

11. 实现距离感应开关盖（327.31）

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  • 代码（10.rubbish_test/MDK-ARM）
void openStatusLight()
{//点亮LED1HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET);
}
void closeStatusLight()
{//熄灭LED1HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);HAL_Delay(150);每150毫秒测试一次距离
}void initSG90_0()
{HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_4); //启动定时器4__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 5); //将舵机置为0度
}void openDusbin()
{__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 15); //将舵机置为90度HAL_Delay(100);
}
void closeDusbin()
{__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 5); //将舵机置为0度HAL_Delay(150);//每150毫秒测一次距离
}

12. 添加按键开盖功能（328.32）

  • STM32CubeMx工程配置
    在这里插入图片描述
  • 代码（10.rubbish_test/MDK-ARM）
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0){openDusbin();}	
}

13. 添加震动开盖功能（329.33）

  • STM32CubeMx工程配置
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  • 代码（10.rubbish_test/MDK-ARM）
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0 || GPIO_Pin == GPIO_PIN_5){if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET ||   //按键HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_5) == GPIO_PIN_RESET)	// 震动传感器{openStatusLight();//开灯openDusbin();//开盖}}
}

14. 添加蜂鸣器（330.34）

  • STM32CubeMx工程配置
    在这里插入图片描述
  • 代码（10.rubbish_test/MDK-ARM）
void openDusbin()
{__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 15); //将舵机置为90度HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_RESET);HAL_Delay(100);//蜂鸣器响100msHAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_SET);HAL_Delay(2000);//开盖两秒
}

15. 解决垃圾筒抽抽Bug（331.35）

  • 代码（10.rubbish_test/MDK-ARM）
void openDusbin()
{if(flag == CLOSE){flag = OPEN;__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 15); //将舵机置为90度HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_RESET);HAL_Delay(100);//蜂鸣器响100msHAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_SET);}HAL_Delay(2000);//开盖两秒
}
void closeDusbin()
{__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 5); //将舵机置为0度flag = CLOSE;HAL_Delay(150);//每150毫秒测一次距离
}

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