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【蓝桥杯——物联网设计与开发】拓展模块4 - 脉冲模块

article 2024/12/24 12:48:28

一、脉冲模块

（1）资源介绍

🔅原理图

蓝桥杯物联网竞赛实训平台提供了一个拓展接口 CN2，所有拓展模块均可直接安装在 Lora 终端上使用；

脉冲模块电路原理图如下所示：

通过两张电路图连接可知，引脚资源配置情况为：

表1 引脚资源配置情况
PULSE	MCU
PR1	PB1
PULS	PB0
LED1	PB7
LED2	PB6

🔅采集原理

脉冲信号由脉冲芯片产生，通过PR3滑动变阻器控制，不同阻值下的脉冲频率不同。

通过公式可得，脉冲频率 = 脉冲周期的倒数，那么我们可以将问题转换为求取脉冲周期。

$f=\frac{1}{T}$

PULS连接在PB0引脚，该引脚为定时器3的通道3，我们可以使用定时器的输入捕获模式（Input Capture direct mode）。捕获脉冲的上升沿，通过计算相邻两个上升沿之间的差值，即可得到该脉冲的周期。示意图如下所示：

⚠️注意：由于定时器周期不为1Hz，所以这里需要用定时器时钟频率除以脉冲周期；

定时器的计数寄存器为16位，范围是0~65535，溢出后清零重新计数。在计算脉冲周期时会遇到三种情况，如图4所示：

对于情况3，如果两次获取的值相等，需要考虑是否为定时器计数异常等情况，所以一般判为error；

🟠️伪代码如下：

if(第一个上升沿)
{
	cnt1 = 获取定时器cnt值;
}
else if(第二个上升沿)
{
	cnt2 = 获取定时器cnt值;
    /* 判断情况 */
	if(cnt2 > cnt1)
		脉冲周期 = cnt2 - cnt1;
	else if(cnt2 < cnt1)
		脉冲周期 = 0xFFFF - cnt1 + 1 + cnt2;
	else
		error报错;
	uwFreq = 定时器时钟频率 / 脉冲周期;
}

PR1为AD采集，参考之前的文章即可：

【蓝桥杯——物联网设计与开发】拓展模块2 - 电位器模块_lowpowerautowait-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_63116406/article/details/139212183?spm=1001.2014.3001.5501

（2）STM32CubeMX 软件配置

🔅“工程建立、时钟树配置、Debug 串行线配置、代码生成配置” 在下文中有讲解，这里不再赘述❗️

【蓝桥杯——物联网设计与开发】基础模块1- GPIO输出https://blog.csdn.net/m0_63116406/article/details/135604705?spm=1001.2014.3001.5502

1️⃣点击引脚 PB0 → 选择 TIM3_CH3 ；(此时引脚呈黄色，因为TIM还未配置）

2️⃣点击 "Timers" → 点击"TIM3" → 将 "Channel3" 栏修改为 "Input Capture direct mode"，即将 PB0 引脚配置为TIM3通道3的输入捕获模式；(此时引脚呈绿色，可以正常工作）

⚠️注意：下方参数表中：

计数周期为65535；
通道3输入捕获极性为上升沿或下降沿；

3️⃣配置PB1引脚为AD采集引脚；（具体参考AD采集一文）

4️⃣初始化 OLED；（具体参考OLED一文）

5️⃣生成代码即可；

（3）代码编写

🟢️main 函数

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t puc_oled[17];    // oled显示缓存区
uint16_t pui_adc;        // adc采集值

uint8_t uc_ic_state;     // 输入捕获状态，区分第一次和第二次上升沿
uint32_t uwValue1;       // 第一次上升沿的计数值
uint32_t uwValue2;       // 第二次上升沿的计数值
uint32_t uwDiff;         // 脉冲周期
uint32_t uwFreq;         // 脉冲频率
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN 0 */
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_3)                    // 判断是否为通道3中断
	{
		if(uc_ic_state == 0)    // 第一次上升沿
		{
			uwValue1 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim3, TIM_CHANNEL_3);    // 获取计数值
			uc_ic_state = 1;    // 修改状态变量
		}
		else if(uc_ic_state == 1)    // 第二次上升沿
		{
			uwValue2 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim3, TIM_CHANNEL_3);    // 获取计数值
			/* 判断情况 */
            if(uwValue2 > uwValue1)    
				uwDiff = uwValue2 - uwValue1;
			else if(uwValue2 < uwValue1)
				uwDiff = 0xFFFF - uwValue1 + 1 + uwValue2;
			else
				Error_Handler();
			uwFreq = HAL_RCC_GetPCLK1Freq() / uwDiff;    // 计算脉冲频率
			uc_ic_state = 0;    // 修改状态变量
		}
	}
}
/* USER CODE END 0 */
/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC_Init();
  MX_TIM3_Init();
  MX_I2C3_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	OLED_Init();
	HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3, TIM_CHANNEL_3);    // 开启定时器捕获中断
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
        /* ADC采集 */
		HAL_ADC_Start(&hadc);
		if(HAL_ADC_PollForConversion(&hadc, 10) == HAL_OK)
			pui_adc = HAL_ADC_GetValue(&hadc);
        /* OLED显示 */
		sprintf((char*)puc_oled, "TIM:%u     ", uwFreq);
		OLED_ShowString(0, puc_oled);
		sprintf((char*)puc_oled, "ADC:%.2f   ", pui_adc * 3.3 / 4095);
		OLED_ShowString(2, puc_oled);
		HAL_Delay(200);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

（4）实验现象

旋转PR1按钮，能够实时采集AD值；
旋转PR3按钮，能够实时采集频率值；

二、脉冲模块接口函数封装

🟡️定时器输入捕获中断函数

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_3)                    // 判断是否为通道3中断
	{
		if(uc_ic_state == 0)    // 第一次上升沿
		{
			uwValue1 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim3, TIM_CHANNEL_3);    // 获取计数值
			uc_ic_state = 1;    // 修改状态变量
		}
		else if(uc_ic_state == 1)    // 第二次上升沿
		{
			uwValue2 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim3, TIM_CHANNEL_3);    // 获取计数值
			/* 判断情况 */
            if(uwValue2 > uwValue1)    
				uwDiff = uwValue2 - uwValue1;
			else if(uwValue2 < uwValue1)
				uwDiff = 0xFFFF - uwValue1 + 1 + uwValue2;
			else
				Error_Handler();
			uwFreq = HAL_RCC_GetPCLK1Freq() / uwDiff;    // 计算脉冲频率
			uc_ic_state = 0;    // 修改状态变量
		}
	}
}