STM32实战四定时器和按键

这一章编写定时器，包括定时器基类 Timer 和派生的通用定时器 GeneralTimer。基类对定时器参数进行封装，通用定时器封装一些定时应用，对应PLC的一些功能，包括：

1ms定时中断
100个32位数字时间继电器，最小1ms，最大0xffffffff，大约50天。
一个高精度回调函数，微秒级误差，最小定时间隔1ms。
按键抖动和干扰过滤，并产生按键上升沿和下降沿。

代码中有详细的说明，这里只解释几个知识点，其它文档介绍按键防抖和延时的时候一般都是死循环，官方文档也是这么用，如果有很多按键和延时就会一个一个等，效率很低。我这里用了另外一种高效的方法，就是模仿时间继电器，100个计数器同时工作，直到计数为0时执行对应操作，这样主循环没有等待，循环周期只有几十微秒，能进行高精度实时控制，具体方法下一章中介绍，这里先做好基础。

按键滤波后动作会有一定的延时，大约4ms加主循环周期，屏蔽了高频信号，对高速信号不适用。

GeneralTimer中的100个定时器u32 m_t[100]占用很多栈空间，导至程序不运行，要增加栈空间，方法是增大 startup_stm32f10x_hd.s 文件中的 Stack_Size 项，我这里加到了 0x0800，也就是2k字节，原来是0x0200，512字节。其它不多说了，看代码：

Timer.h

#ifndef __TIMER__
#define __TIMER__

extern "C" {	// 兼容C，按C语言编译，Keil5中的包含文件已经加入了C++兼容，不用再加这一段
#pragma diag_remark 368			//消除 warning:  #368-D: class "<unnamed>" defines no constructor to initialize the following:

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_tim.h"

#pragma diag_default 368	// 恢复368号警告
}

// TIMx 1ms定时
class Timer
{
// Construction
public:
	Timer(TIM_TypeDef * TIMx);	// tim：TIM1-8

// Properties
public:
	TIM_TypeDef * m_pTIMx;	// 定时器指针
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

private:

// Methods
public:
	inline void timInit(void);	// 初始化定时
	inline void nvicInit(void);	// 初始化优先级
	void enableInterrupt(void); // 使能中断

	virtual void onTimer(void);	// 中断，返回1溢出，0不溢出
	
// Overwrite
public:
};

// 中断处理
extern "C" {	// 兼容C
void TIM2_IRQHandler(void);
void TIM3_IRQHandler(void);
void TIM4_IRQHandler(void);
void TIM5_IRQHandler(void);
void TIM6_IRQHandler(void);
void TIM7_IRQHandler(void);
void TIM8_UP_IRQHandler(void);
void TIM1_UP_IRQHandler(void);
}

#endif

Timer.cpp

/**
  ******************************************************************************
  * @file  		Timer.cpp
  * @author  	Mr. Hu
  * @version  V1.0.0 STM32F103VET6
  * @date  		05/19/2019
  * @brief 		定时器基类
	*					
  ******************************************************************************
  * @remarks
  * 定时器基类，默认不开启中断，可用类方法enableInterrupt使能中断
	* 默认定时周期1ms
	*
	* 参考资料：
	* STM32 Keil C++编写单片机程序
	* https://www.cnblogs.com/yeshuimaowei/p/6949642.html
	* 利用基本定时器进行精确延时
	* https://blog.csdn.net/sahpah/article/details/38545637
	* TIM1和8是高级定时器，配置方法不同
	* https://www.cnblogs.com/pertor/p/9488813.html
  */ 

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
extern "C" {	// 兼容C，按C语言编译，Keil5中的包含文件已经加入了C++兼容，不用再加这一段
#pragma diag_remark 368			//消除 warning:  #368-D: class "<unnamed>" defines no constructor to initialize the following:

#include "stm32f10x_tim.h"
#include "misc.h"

#pragma diag_default 368	// 恢复368号警告
}

#include "Timer.h"

// 全局指针，每个定时器对应一个指针，不能合并
Timer * pTim2 = 0;
Timer * pTim3 = 0;
Timer * pTim4 = 0;
Timer * pTim5 = 0;
Timer * pTim6 = 0;
Timer * pTim7 = 0;
Timer * pTim8 = 0;
Timer * pTim1 = 0;

/**
  * @date		05/19/2019
  * @brief  初始化定时器基类.
  * @param	m_pTIMx：TIM1-8
  * @retval None
  */
Timer::Timer(TIM_TypeDef * pTIMx)
{
	assert_param(IS_TIM_ALL_PERIPH(TIMx));
	
	// 保存变量
	m_pTIMx = pTIMx;
	
	if(pTIMx == TIM2) pTim2 = this;
	else if(pTIMx == TIM3) pTim3 = this;
	else if(pTIMx == TIM4) pTim4 = this;
	else if(pTIMx == TIM5) pTim5 = this;
	else if(pTIMx == TIM6) pTim6 = this;
	else if(pTIMx == TIM7) pTim7 = this;
	else if(pTIMx == TIM8) pTim8 = this;
	else if(pTIMx == TIM1) pTim1 = this;
	//else	// ?? 异常
	
	nvicInit();
	timInit();
}

/**
  * @date		05/19/2019
  * @brief  初始化定时器，周期1ms.
  * @param	None
  * @retval None
  */
void Timer::timInit(void)
{
	if(m_pTIMx == TIM2) RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); // TIM2-7 时钟使能
	else if(m_pTIMx == TIM3) RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
	else if(m_pTIMx == TIM4) RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);
	else if(m_pTIMx == TIM5) RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);
	else if(m_pTIMx == TIM6) RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE);
	else if(m_pTIMx == TIM7) RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM7, ENABLE);
	else if(m_pTIMx == TIM8) RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM8, ENABLE); // TIM1和8 时钟使能
	else if(m_pTIMx == TIM1) RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE); 

  TIM_DeInit(m_pTIMx);	// 使用缺省值初始化TIM外设寄存器
	//TIM_TimeBaseStructInit( &TIM_TimeBaseStructure );	// 5项都独立初始化了，不用这个
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1;		// 自动重装载寄存器值，软件仿真用1000-1，软件仿真很慢，可用100-1
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;		// 时钟预分频数为72-1，定时周期计算方法 72M/72/1000 = 1ms
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;			//采样分频倍数1,未明该语句作用。
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;	//上升模式
	
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; //高级定时器1和8是用定时器功能配置这个才可以是正常的计数频率一开始的72Mhz 值得注意的地方
	
  TIM_TimeBaseInit(m_pTIMx, &TIM_TimeBaseStructure);
  TIM_ClearFlag(m_pTIMx, TIM_FLAG_Update);	//清除更新标志位
  //TIM_ITConfig(m_pTIMx, TIM_IT_Update, ENABLE);	//使能中断, //在这里使能中断不好，会产生很多没用的中断，所有初始化完成后
  TIM_Cmd(m_pTIMx, ENABLE);	//使能TIM定时器
}

/**
  * @date		05/19/2019
  * @brief  初始化优先级		// ?? 需要完善
  * @param	None
  * @retval None
  */
void Timer::nvicInit(void)
{
	NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PriorityGroup_0);
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = //TIMx 中断	// ?? 越界
		m_pTIMx != TIM2 ? m_pTIMx != TIM3 ? m_pTIMx != TIM4 ? m_pTIMx != TIM5 ? m_pTIMx != TIM6 ? m_pTIMx != TIM7 ? m_pTIMx != TIM8 ? m_pTIMx != TIM1
		? 0 : TIM1_UP_IRQn : TIM8_UP_IRQn : TIM7_IRQn : TIM6_IRQn : TIM5_IRQn : TIM4_IRQn : TIM3_IRQn : TIM2_IRQn;
	
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //先占优先级 1 级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //从优先级 3 级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ 通道被使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化 NVIC 寄存器
}

/**
  * @date		05/19/2019
  * @brief  中断
  * @param	None
  * @retval None
  */
void Timer::onTimer(void)
{
	// ?? 下面的判断在大部分示例中都有，实测无用，先注释
	//if(TIM_GetITStatus(m_tim,TIM_IT_Update) == RESET) //溢出中断
	//		return;
	
  TIM_ClearITPendingBit(m_pTIMx, TIM_IT_Update);//清除溢出标志

}

/**
  * @date		05/19/2019
  * @brief  使能中断，放到初始化和配制以后，否则会产生好多没用的中断
  * @param	None
  * @retval None
  */
void Timer::enableInterrupt(void)
{
  TIM_ClearITPendingBit(m_pTIMx, TIM_IT_Update);//清除溢出标志，否则会产生一个中断
	TIM_ITConfig(m_pTIMx, TIM_IT_Update, ENABLE);//使能中断, 不能先使能中断，会产生很多没用的中断
}

// 各定时器中断入口，调用各自的onTimer();
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	pTim2->onTimer();
}

void TIM3_IRQHandler(void)
{
	pTim3->onTimer();
}

void TIM4_IRQHandler(void)
{
	pTim4->onTimer();
}

void TIM5_IRQHandler(void)
{
	pTim5->onTimer();
}

void TIM6_IRQHandler(void)
{
	pTim6->onTimer();
}

void TIM7_IRQHandler(void)
{
	pTim7->onTimer();
}

// TIM1和8是高级定时器
void TIM8_UP_IRQHandler(void)
{
	pTim8->onTimer();
}

void TIM1_UP_IRQHandler(void)
{
	pTim1->onTimer();
}

GeneralTimer.h

#ifndef __GENERALTIMER__
#define __GENERALTIMER__

#pragma anon_unions	// 允许使用匿名结构

#include "Timer.h"

union INx			// 记录输入口状态，按位分割
{
	u16 state;	// 状态字
	struct
	{
		u8 count	: 8;		// 转换计数，低8位
		u8 enable : 1;		// 前次电平，第8位，从0开始
		u8 level 	: 1;		// 当前电平，第9位
		u8 up			: 1;		// 上升沿，第10位
		u8 down		: 1;		// 下降沿，第11位
		u8 reserve: 4;		// 预留
	};
};

// 通用定时器
class GeneralTimer : public Timer
{
// Construction
public:
	GeneralTimer(TIM_TypeDef * m_pTIMx);

// Properties
public:
	u32 m_t[100];	// 100个定时器，要修改栈空间，startup_stm32f10x_hd.s Stack_Size      EQU     0x400	;//0x00000200	// 栈大小http://m.elecfans.com/article/588038.html
	INx ina[16], inb[16], inc[16], ind[16], ine[16];

private:
	u16 m_nFT1;
	u16 m_nFT2;
	void (*m_pBack)(void);

// Methods
public:
	virtual void onTimer(void);	// 中断，返回1溢出，0不溢出
	void setCallback(void (*pBack)(void), u16 nCount);
	void loop(void);	// 主循环中调用，必需在循环的最开始
	inline void addCount( GPIO_TypeDef* GPIOx, u16 nPin, INx & inx );
	inline void upDown( INx & inx );

// Overwrite
public:
};

#endif

GeneralTimer.cpp

/**
  ******************************************************************************
  * @file			GeneralTimer.cpp
  * @author  	Mr. Hu
  * @version  V1.0.0 STM32F103VET6
  * @date  		06/62/2019
  * @brief  	通用定时器
	*					
  ******************************************************************************
  * @remarks
  * 通用定时器，启用中断，包括3大功能中断方式
	* 1. 100个时间继电器，单位ms，最大0xffffffff，大约50天。
	* 2. 输入信号数字滤波，方法是，连续4ms(四次采样)，信号反向不变，输入信号改变，并产
	*    生一个主循环（main中的循环）周期的上升或下降沿信号。作用是防止抖动和干扰，高
	*    速信号不能用这个滤波。
	* 3. 高精度回调函数，回调周期最小1ms，最大65535ms，精度us
	*
	* 参考资料：
	* STM32 Keil C++编写单片机程序
	* https://www.cnblogs.com/yeshuimaowei/p/6949642.html
	* 利用基本定时器进行精确延时
	* https://blog.csdn.net/sahpah/article/details/38545637
	* TIM1和8是高级定时器，配置方法不同
	* https://www.cnblogs.com/pertor/p/9488813.html
  */ 

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
extern "C" {	// 兼容C，按C语言编译，Keil5中的包含文件已经加入了C++兼容，不用再加这一段
#pragma diag_remark 368			//消除 warning:  #368-D: class "<unnamed>" defines no constructor to initialize the following:

#include "stm32f10x_tim.h"

#pragma diag_default 368	// 恢复368号警告
}

#include "GeneralTimer.h"

#define COUNT 0x4		// 二进制1位

/**
  * @date		06/02/2019
  * @brief  通用定时器，从Timer继承
  * @param	m_pTIMx：TIM1-8
  * @retval None
  */
GeneralTimer::GeneralTimer(TIM_TypeDef * m_pTIMx)
: Timer(m_pTIMx)
, m_nFT1(0)
, m_nFT2(0)
, m_pBack(0)
{
	// 初始化100个时间继电器
	for(int i = 0; i < sizeof(m_t)/sizeof(m_t[0]); i++)
		m_t[i] = 0;
		
	// 按键滤波，防止抖动和干扰
	for( u8 i = 0; i < 16; i++ )
	{
		ina[i].state = 0x0200;	// 0x0200表示ina[i].level = 1，默认上拉
		inb[i].state = 0x0200;
		inc[i].state = 0x0200;
		ind[i].state = 0x0200;
		ine[i].state = 0x0200;
	}
	
	enableInterrupt();	// 允许中断
}

/**
  * @date		06/02/2019
  * @brief  重写定时中断，加入时间继电器、回调计时和按键滤波
  * @param	None
  * @retval None
*/
void GeneralTimer::onTimer(void)
{
	Timer::onTimer();

	// 时间继电器递减计数，到0停止，由外部程序重设32位无符号整数后再次开始计数，最大0xffffffff
	for(int i = 0; i < sizeof(m_t)/sizeof(m_t[0]); i++)
	{
		if(m_t[i])
			m_t[i]--;
	}
	
	// 回调计时
	if(m_pBack)
	{	
		if(!m_nFT2)
		{
			m_nFT2 = m_nFT1;
			m_pBack();
		}
		else
			m_nFT2--;
	}
	
	// 按键滤波，防止抖动和干扰
	u16 nPin = GPIO_Pin_0;
	for( u8 i = 0; i < 16; i++ )
	{
		addCount( GPIOA, nPin, ina[i] );
		addCount( GPIOB, nPin, inb[i] );
		addCount( GPIOC, nPin, inc[i] );
		addCount( GPIOD, nPin, ind[i] );
		addCount( GPIOE, nPin, ine[i] );
		
		nPin <<= 1;
	}
	
	return;
}

/**
  * @date		06/02/2019
  * @brief  铵键抖动或干扰计数，nPin中只能是一个键
  * @param	GPIOx 端口号，x取A到E
  * @retval None
*/
void GeneralTimer::addCount( GPIO_TypeDef* GPIOx, u16 nPin, INx & inx )
{
	if(!inx.enable)
		return;
	
	assert_param(IS_GET_GPIO_PIN(nPin));
	
	u8 v = GPIO_ReadInputDataBit( GPIOx, nPin );
	if( v ^ inx.level )	// 异或
	{
		if( !(inx.count & COUNT) )
			inx.count++;		// 如果不同，计数加1，upDown( INx & inx )中，计到4ms时，电平变换
	}
	else if( inx.count )
		inx.count = 0;		// 如果相同清零，只有连续4个周期一至才跳变
	
}

/**
  * @date		06/02/2019
  * @brief  接入主循环，必需放在主循环的第一条，计算上升沿和下降沿
  * @param	None
  * @retval None
*/
void GeneralTimer::loop(void)
{
	for( u8 i = 0; i < 16; i++ )
	{
		upDown( ina[i] );
		upDown( inb[i] );
		upDown( inc[i] );
		upDown( ind[i] );
		upDown( ine[i] );
	}	
}

/**
  * @date		06/02/2019
  * @brief  计算指定IO口的上升沿和下降沿，在主循环的最开始计算，保证其它循环体上升沿和下降沿
	*					不能在中断函数中计算上升沿和下降，因为中断函数和主循环不同步。
  * @param	inx INx 结构
  * @retval None
*/
void GeneralTimer::upDown( INx & inx )
{
	if(!inx.enable)
		return;	// 没有激活，不计算

	if(inx.up)		// 先清零上升沿和下降沿
		inx.up = 0;
	if(inx.down)
		inx.down = 0;
	
	if( !(inx.count & COUNT) )
		return;	// 连续计数不到4，不反向
	
	inx.count = 0;	// 连续计数完成
	
	inx.level = ! inx.level;
	if( inx.level )
		inx.up = 1;
	else
		inx.down = 1;
}

/**
  * @date		06/02/2019
  * @brief  设置回调函数，高精度中断方式
  * @param	pBack 回调函数指针
  * @param	nCount 回调周期ms
  * @retval None
*/
void GeneralTimer::setCallback(void (*pBack)(void), u16 nCount)
{
	m_nFT1 = nCount;
	m_nFT2 = nCount;
	m_pBack = pBack;
}

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