Fundamentos de los timers de los microcontroladores STM32F4

Transcripción

1 Fundaments de ls timers de ls micrcntrladres STM32F4 Apellids, nmbre Departament Centr Yuste Pérez, Pedr Departament de Infrmática de Sistemas y Cmputadres Universidad Plitécnica de Valencia

2 1 Resumen de las ideas clave En este artícul se intrducen ls fundaments de funcinamient de ls timers de la familia STM32F4 de micrcntrladres ARM Crtex. Se enumeran ls diferentes cmpnentes y mds de funcinamient y se explica, pas a pas, cóm utilizar las librerías CMSIS para cnfigurarls. Se supnen cncimients básics del sistema de reljes de esta familia de micrcntrladres y de la utilización de las librerías CMSIS. 2 Intrducción Una característica fundamental de ls sistemas emptrads basads en micrcntrladr es la capacidad para trabajar cn tiemps cn una gran precisión. El periféric que realiza estas funcines sn ls timers. Cada fabricante tiene un diseñ prpi para ls timers, aunque ls fundaments sn ls misms. En este artícul se intrduce el funcinamient de ls timers de la familia STM32F4 y la cnfiguración mediante librerías CMSIS. Se asume que el lectr tiene un cncimient básic de esta familia de micrcntrladres, del sistema de reljes y de las librerías CMSIS. 3 Objetivs Una vez que el alumn se lea cn detenimient este dcument, será capaz de: Cmprender el funcinamient de ls timers de ls micrncntrladres STM32F4 Calcular ls parámetrs necesaris para generar y medir tiemps cn la precisión deseada. Escribir prgramas que utilizan ls timers para generar medir tiemps. 4 Desarrll La familia de micrcntrladres STM32F4 tiene una serie de timers de prpósit general (TIM2 a TIM5) que tienen las siguientes características: Cntadr de autrecarga de bits, cn cuenta creciente decreciente. Prescaler prgramable de 16 bits para dividir la frecuencia de relj pr un valr entre 1 y canales independientes que se pueden utilizar para: Captura de señal (de entrada) Cmparación de cuenta (para salida) Generación autmática de señales PWM Salida en md un puls Generación autmática de señales de interrupción en diferentes events. Pdems dividir el timer en ds grandes blques, la circuitería de base de tiemps y ls canales de captura/cmparación. Vams a centrarns en el primer.

3 4.1 Base de tiemps El circuit de base de tiemps está frmad pr tres blques, cada un de ells cn un registr asciad: El cntadr. Es un cntadr ascendente descendente de bits. Es el crazón del timer. Tiene asciad el Cunter Register (TIMx_CNT), en el que se puede leer y escribir. El cntadr se incrementa decrementa en una unidad cuand lega un flanc del siguiente blque. El prescaler. Es un divisr de frecuencia prgramable. En realidad es un timer dentr del timer. Tiene un registr asciad, el Prescaler Register (TIMx_PSC). La frecuencia del relj a la salida del prescaler sigue la fórmula de la ecuación 1, pr l que el valr a escribir en el prescaler vendrá dad pr la ecuación 2. CK PSC CK CNT = TIMxPSC +1 Ecuación 1. Frecuencia de salida del prescaler. CK TIMxPSC = CNT 1 CK PSC Ecuación 2. Cálcul del valr del prescaler. Dnde: CK_PSC es la frecuencia de entrada al prescaler (Clck Prescaler) CK_CNT es la frecuencia de salida del prescaler (Clck Cunter) TIMx_PSC es el valr cntenid en el Prescaler Register El registr de autrecarga, Aut-Relad Register (TIMx_ARR). Es un registr que almacena el perid que va a cntar el timer. El funcinamient es diferente si la cuenta es ascendente descendente. Cntadr ascendente. El valr del cntadr crece hasta que alcanza al valr cntenid en el TIMx_ARR. En la siguiente cuenta el cntadr se pne a cer y vuelve a empezar. Cntadr descendente. El valr del cntadr disminuye hasta llegar a 0. En la siguiente cuenta se escribe el cntenid de TIMx_ARR en el cntadr y se vuelve a empezar. En la siguiente figura se pueden ver ls tres blques de la base de tiemps. Está extraída de [1]. Figura 1. Diagrama de blques del circuit de base de tiemps

4 4.2 Y est para qué sirve? Pues para medir tiemps. L imprtante de un timer es la capacidad para medir un tiemp cn tanta precisión cm querams (dentr de ls límites del timer). Supngams, pr ejempl, que querems generar un puls de 10ms y querems que la precisión sea de 1ms. Cn esta precisión el cntadr debe hacer 10 cuentas de 1ms cada una, pr l que en TIM_x_ARR deberíams escribir el númer máxim de cuentas mens un (9 = 10-1) y en TIM_x_PSC deberíams escribir el divisr necesari para cnseguir que el cntadr cuente cn una frecuencia de 1KHz (1/1ms). A partir de aquí se plantean las siguientes preguntas al lectr: Cuál sería el tiemp máxim y mínim que pdría medir un timer cm este mdificand sól TIM_x_ARR? Cóm tendríams que mdificar ests ds parámetrs si querems que la precisión sea de 1us? Cuál sería la precisión máxima que pdems alcanzar si fijams el tiemp de cuenta en 10ms? 4.3 Interrupcines Para sincrnizar ls events del timer cn la ejecución del prgrama principal pdems utilizar interrupcines. El timer tiene varias fuentes psibles de interrupción. Dentr de la base de tiemps se puede generar una interrupción cuand se prduzca un event de actualización. Est quiere decir, si está funcinad en md creciente, cuand el cntadr alcance su cuenta máxima. En el instante en que la cuenta pasa del valr máxim a cer se genera un event de actualización. Si se ha habilitad la interrupción pr actualización, este event prducirá una interrupción y se cmenzará a ejecutar el códig de la función de tratamient de esta interrupción. Hay que recrdar que en el STM32F4, para habilitar una interrupción es necesari habilitarla en el periféric y habilitar el canal crrespndiente en el cntrladr de interrupcines (NVIC). Pr últim, en la función de tratamient de la interrupción será necesari brrar el flag crrespndiente al event de actualización. 4.4 Implementación, librerías. Para implementar un prgrama que utilice ls timers pdems utilizar las librerías de periférics que ns prprcina el fabricante del micrcntrladr. En cncret la librería stm32f4xx_tim incluye funcines para tratamient de timers. Ls pass para utilizar la base de tiemps sn ls siguientes: Habilitar el relj del periféric cn la función RCC_APBxPeriphClckCmd(RCC_APBxPeriph_TIMx, ENABLE) Rellenar una estructura del tip TIM_TimeBaseInitStruct cn ls parámetrs deseads.

5 Llamar a la función TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseInitStruct) para inicializar la base de tiemps cn ls parámetrs cnfigurads en el pas anterir. Habiltar el NVIC si se van a generar interrupcines. Habilitar la interrupción de actualización cn la función TIM_ITCnfig(TIMx, TIM_IT_Update) Llamar a la función TIM_Cmd(ENABLE) para pner en marcha el timer. Pr últim, si se han cnfigurad las interrupcines, cuand el timer alcance el valr almacenad en el registr TIM_x_ARR se ejecutará autmáticamente la función asciada al la interrupción, dnde habrá que brrar el flag que ha prvcad la interrupción. Veams td el prces cn un ejempl: vid CnfigTimer4(vid) { /* Definims variables*/ TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; uint32_t PrescalerValue; /* Habilitams relj Timer4 */ RCC_APB1PeriphClckCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); /*Supnems TIM4 input clck (TIM4CLK) es igual a 2 * APB1 clck (PCLK1), Cm el prescaler APB1 es diferente de 1 (APB1 Prescaler = 4 tenems que TIM4CLK = 2 * PCLK1 y PCLK1 = HCLK / 4 => TIM4CLK = 2*(HCLK / 4) = HCLK/2 = SystemCreClck/2 Para cnseguir TIM4 a 100 KHz, el prescaler se calcula cm: Prescaler = (TIM4CLK / TIM1 cunter clck) 1 Prescaler = (168 MHz/(2 * 100 KHz)) 1 = 839 La variable SystemCreClck está definida en CMSIS y mantiene la frecuencia de HCLK.*/ /* Cálcul del prescaler */ PrescalerValue = (uint16_t) ((SystemCreClck /2) / ) 1; /* Cnfiguración de la base de tiemps */ TIM_TimeBaseStructure.TIM_Perid = 1999; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = PrescalerValue; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CunterMde = TIM_CunterMde_Up;

6 /*Inicializams la base de tiemps*/ TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); /*Habilitams Tim4 en NVIC */ NVIC_EnableIRQ(TIM4_IRQn); /*Habilitams interrupción de actualización en tim4*/ TIM_ITCnfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE); /* Pnems en marcha TIM4 */ TIM_Cmd(TIM4, ENABLE); } vid TIM4_IRQHandler() { //Td l que escribams aquí se ejecutará cuand salte la interrupción del timer 4 //Y tedrems que asegurarns de brrar el flag: TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update) } Se recmienda al lectr la búsqueda de la definición del tip TIM_TimeBaseInitTypeDef en el archiv de librería stm32f4xx_tim.h y de las funcines TIM_TimeBaseInit(), TIM_Cmd (), TIM_ITCnfig () y TIM_ClearITPendingBit() en el archiv de librería stm32f4xx_tim.c 5 Cierre A l larg de este bjet de aprendizaje hems tratad ls fundaments de ls timers de prpósit general de la familia STM32F4 y se ha vist el códig necesari para cnfigurarls para generar una base de tiemps cualquiera. Para cmprbar que se ha entendid se recmienda hacer ls siguientes ejercicis: Revisar la cnfiguración del ejempl y determinar cada cuánt tiemp saltará la interrupción del timer 4. Mdificar el prgrama para cnseguir que esta interrupción salte una vez pr segund. Mdificar el prgrama para cnseguir que esta interrupción salte una vez pr micrsegund.

7 6 Bibligrafía [1] STMicrelectrnics: RM0090 Reference manual. STM32F40xxx, STM32F41xxx, STM32F42xxx, STM32F43xxx advanced ARM-based 32-bit MCUs, Dc ID Rev URL: