統(tǒng)計(jì)信號(hào)連接到定時(shí)器的兩種模式

有人使用STM32芯片開發(fā)產(chǎn)品，其中有個(gè)功能就是統(tǒng)計(jì)某外部信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)。他采用外部中斷方式，來一個(gè)信號(hào)觸發(fā)一次中斷，在中斷程序里實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)累加。但由于被統(tǒng)計(jì)的信號(hào)頻率較高，而中斷本身也是需要時(shí)間的，往往導(dǎo)致有些脈沖沒被統(tǒng)計(jì)而發(fā)生丟數(shù)的問題。況且，CPU這樣頻繁地去響應(yīng)中斷還會(huì)衍生出其它系統(tǒng)性問題。

他咨詢是否可以將該信號(hào)作為定時(shí)器的時(shí)鐘源，每來一個(gè)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)器就自動(dòng)加1。這樣的話，用戶適時(shí)去讀取計(jì)數(shù)器的值即可。若有，如何實(shí)現(xiàn)？

對(duì)于這種情況，我們可以將被統(tǒng)計(jì)信號(hào)連接到定時(shí)器的ETR腳，并作為定時(shí)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘。開啟定時(shí)器更新中斷對(duì)溢出次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，擇時(shí)讀取計(jì)數(shù)器的值和溢出次數(shù)即可。這樣既避免了CPU頻繁進(jìn)中斷而無法應(yīng)對(duì)別的事情的困境，也避免了因CPU優(yōu)先忙于別的事情而來不及響應(yīng)外部中斷導(dǎo)致計(jì)數(shù)出錯(cuò)的麻煩。

對(duì)于STM32來講，從ETR腳引入時(shí)鐘信號(hào)，可以有兩種模式。

第一種模式，即外部時(shí)鐘1模式，此時(shí)來自ETR腳的信號(hào)經(jīng)過濾波、邊沿檢測(cè)和極性選擇后，以觸發(fā)信號(hào)的角色連接到從模式控制器，并作為定時(shí)器的時(shí)鐘源，即上圖中的1路。

第二種模式，即外部時(shí)鐘2模式，來自ETR腳的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過極性選擇、分頻、濾波后不經(jīng)過從模式控制器，而是像內(nèi)部時(shí)鐘源一樣直接為計(jì)數(shù)器提供計(jì)數(shù)時(shí)鐘，即上圖中的2路。

現(xiàn)在分別以上面提到的兩種模式演示定時(shí)器對(duì)來自ETR腳的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)的過程。這里以STM32F411 Nucleo開發(fā)板來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

用TIM1_CH1模擬產(chǎn)生某頻率的PWM脈沖信號(hào)，將其通過跳線連接到ETR腳。為便于測(cè)量和演示，讓TIM1工作在單脈沖PWM模式，結(jié)合RCR寄存器輸出指定個(gè)數(shù)的脈沖。使用TIM3對(duì)來自ETR腳的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)開啟TIM3更新中斷對(duì)溢出次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

讓TIM1-CH1啟動(dòng)后輸出248個(gè)脈沖后停下來，而TIM3每統(tǒng)計(jì)200個(gè)脈沖就產(chǎn)生溢出，即令TIM3_ARR值等于199。

現(xiàn)在使用STM32CUBEMX進(jìn)行基本的配置。

先對(duì)用來模擬產(chǎn)生外來脈沖信號(hào)的TIM1進(jìn)行配置。做些基本的時(shí)基配置即可。

然后對(duì)TIM3進(jìn)行配置，時(shí)鐘來自ETR腳，工作在外部時(shí)鐘模式2。

將時(shí)鐘、NVIC等配置完畢后即可生成初始化代碼。

定義變量CNT_Update記錄TIM3的溢出次數(shù)。基于STM32Cube 庫(kù)稍加組織代碼即可查看結(jié)果。

編譯運(yùn)行查看結(jié)果：

TIM3發(fā)生溢出1次，結(jié)合上面配置可知其對(duì)應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)為200，此時(shí)計(jì)數(shù)器里的值為0x30，即48，總共248個(gè)脈沖，跟TIM1_CH1輸出的248個(gè)脈沖數(shù)相同。

上面的實(shí)驗(yàn)是基于TIM3工作在ETR外部時(shí)鐘模式2，我們不妨再看看基于外部時(shí)鐘模式1的情況。現(xiàn)在只需對(duì)TIM3的時(shí)鐘配置稍作調(diào)整，其它參數(shù)不動(dòng)。

生成初始化代碼后，基于前面組織的用戶代碼不做任何調(diào)整即可編譯運(yùn)行驗(yàn)證。

上面驗(yàn)證結(jié)果與外部時(shí)鐘模式2完全相同，跟TIM1_CH1輸出的脈沖數(shù)完全吻合。

從上面示例來看，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)來自ETR腳時(shí)，不論使用外部時(shí)鐘模式1還是外部時(shí)鐘模式2，都可以實(shí)現(xiàn)完全相同的結(jié)果。那么基于同一個(gè)時(shí)鐘源，為什么弄出2個(gè)時(shí)鐘模式呢？

首先，定時(shí)器本身支持多鐘時(shí)鐘模式，其中包括外部時(shí)鐘模式1與外部時(shí)鐘模式2。只不過來自ETR腳的時(shí)鐘信號(hào)既可以工作外部時(shí)鐘模式1，也可以工作在外部時(shí)鐘模式2。

外部時(shí)鐘模式1的主要特點(diǎn)是時(shí)鐘信號(hào)還同時(shí)兼具觸發(fā)信號(hào)的角色，此時(shí)定時(shí)器也一定工作在從模式，這個(gè)從模式就是外設(shè)時(shí)鐘模式1從模式。STM32參考手冊(cè)關(guān)于這個(gè)模式，在講解定時(shí)器主從連接的相關(guān)實(shí)例時(shí)進(jìn)行過介紹，但沒有將其跟復(fù)位從模式、觸發(fā)從模式等從模式一起單列出來進(jìn)行介紹。我們?cè)谟肧TM32CubeMX進(jìn)行配置時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)有個(gè)從模式選項(xiàng)就是外部時(shí)鐘1從模式。

前面也提到了，外部時(shí)鐘模式1下的時(shí)鐘除了做時(shí)鐘外，還做觸發(fā)信號(hào)?；谶@個(gè)觸發(fā)信號(hào)可以產(chǎn)生觸發(fā)事件，從而觸發(fā)中斷或產(chǎn)生DMA請(qǐng)求。而外部時(shí)鐘模式2就是特指來自ETR腳的時(shí)鐘，只是個(gè)純粹的時(shí)鐘，不具備觸發(fā)功能。但是，選擇外部時(shí)鐘模式2的定時(shí)器，既可以工作在主模式，也可以工作在諸如復(fù)位/觸發(fā)/門控等從模式。

另外，作為外部時(shí)鐘模式1的時(shí)鐘，它可以有多個(gè)來源，除了ETR腳外，還可以是TI1、TI2輸入腳或者其它定時(shí)器的觸發(fā)輸出，而工作在外部時(shí)鐘模式2的時(shí)鐘只能來自ETR腳。顯然，基于開篇的客戶需求，它的被測(cè)信號(hào)還可以接到別的特定管腳上來處理。

最后做點(diǎn)提醒。基于上面應(yīng)用，弄清實(shí)現(xiàn)原理后，自行組織用戶代碼應(yīng)該說非常簡(jiǎn)單了。不過，即使這樣，可能還是會(huì)有不少人在有個(gè)地方出問題，就是沒有下圖中那句對(duì)TIM3的更新事件標(biāo)志進(jìn)行清零的代碼。很多場(chǎng)景，這行代碼可有可無。當(dāng)遇到目前這種應(yīng)用時(shí)，就不能可有可無了。

基于上面的程序邏輯，如果沒有這句代碼會(huì)發(fā)生統(tǒng)計(jì)所得的溢出次數(shù)與實(shí)際溢出次數(shù)多1的狀況。以上面應(yīng)用為例，我什么都不改動(dòng)，只將那行代碼注釋掉，運(yùn)行結(jié)果會(huì)變成下面的樣子。計(jì)數(shù)器里的值雖然還是48，但溢出次數(shù)變成2了！

像這種需要統(tǒng)計(jì)精確數(shù)據(jù)的情形，發(fā)生這種問題往往就難以接受。為什么要加這句代碼呢？如果不加這句代碼怎么會(huì)導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)到的溢出次數(shù)平白無故多1次呢？

關(guān)于這點(diǎn)可以自行思考下，在此不延申解釋了。也可以參考下面文章《STM32定時(shí)器中的更新操作與更新事件》的結(jié)尾部分，那里有就該問題做些分析。
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