STM32看門狗總結
轉自：http://www.openedv.com/thread-56260-1-1.html
| STM32看門狗總結 調原子哥的開發板一年多，基本上能用，但是對於STM32某些基本外設的工作機理還不甚明瞭。藉此暑假的機會對各個外設的功能做一個簡短的總結，在提高自己基礎知識的同時，也給其他同學提供一些參考。 先來看門狗部分的內容。 看門狗部分內容當中較難理解的是視窗看門狗，其中視窗值設定以及如何引發復位更是很難搞懂，因此從根本上分析一下視窗看門狗的工作原理，而與其有關的中斷則略過。 stm32有兩個看門狗，獨立看門狗和視窗看門狗，其實兩者的功能是類似的，只是喂狗的限制時間不同。獨立看門狗有自己獨立的40Khz時鐘，不存在使能問題；而視窗看門狗使用的是PCLK1時鐘，需要先使能時鐘。以下是關於看門狗的具體說明： ①、獨立看門狗是限制喂狗時間在0-x內，x由你的相關暫存器決定。喂狗的時間不能過晚。 ②、視窗看門狗，所以稱之為視窗就是因為其喂狗時間是一個有上下限的範圍內，你可以通過設定相關暫存器，設定其上限時間和下限時間。喂狗的時間不能過早也不能過晚。 顯而易見的是，獨立看門狗比較簡單，容易理解。 這裡，主要對視窗看門狗的詳細含義作具體說明。
看門狗的上視窗就是配置暫存器WWDG->CFR裡設定的W[6:0]；下視窗是0x40；當視窗看門狗的計數器在上視窗之外，或是低於下視窗值都會產生復位。如上圖所講，當計數器的值遞減到0x3f的計數時間內未進行喂狗操作，則會觸發復位；其次，如果在計數器值遞減到配置暫存器WWDG->CFR裡設定的W[6:0]之前進行喂狗操作，也會觸發復位。所以，在使用視窗看門狗時，要設定兩個值，一個就是視窗看門狗的上視窗值，即配置暫存器WWDG->CFR裡設定的W[6:0]，另一個就是遞減計數器的計數初值。 再結合上圖中的邏輯關係分析一下： 如圖中所示標號，①③表示與門，②表示非或門； 1、當T[6:0]>W[6:0]時，比較器輸出的值是1，如果此時重灌載WWDG_CR，所以③就會輸出1，②的輸出也肯定是1，又因為使能了視窗看門狗，所以WWDG_CR的第7位WDGA也為1，即與門①的輸出是1，此時會觸發復位。簡單的概括來說，就是當遞減計數器的值在遞減到上視窗值W[6:0]之前進行喂狗操作（即重灌載WWDG_CR）,會觸發看門狗復位。 2、當T[6:0]的第6位變為0時，即T[6:0]的值變為0x3f，此時②的輸出肯定為1，而WDGA也為1，因此①的輸出是1，會觸發看門狗復位。簡單的概括來說，就是當遞減計數器的值在到達0x3f時仍未進行喂狗操作（即重灌載WWDG_CR），同樣會觸發看門狗復位。 上視窗的值可以只有設定，7位二進位制數最大隻可以設定為127(0x7f)，最小又必須大於其下視窗的0x40，所以其取值範圍為64~127(0x40~0x7f)，否則不能保證視窗。 配置暫存器WWDG->CFR暫存器中的[8:7]兩個位的設定為計數器設定時鐘分頻係數，確定這個計數器可以定時的時間範圍，從而確定視窗的時間範圍。
視窗看門狗的時鐘來自於PCLK1，在時鐘配置中，其頻率為外部時鐘經倍頻器後的二分頻時鐘，即為36Mhz，如上圖STM32時鐘樹所示。 視窗看門狗的超時公式如下：
36M時鐘下視窗看門狗的最小最大超時表：
表中資料的具體計算如下所示： ①、當T[5:0]全部取0時，7位計數器的值是0x40，此時距離復位值只能計數一次，在此時間之內必須執行喂狗操作，否則觸發復位。 從而可知各個WDGTB值下的最小超時時間，如WDGTB=0時， Twwdg=4096×2^0×1/36 (us)=113 us，依次可計算出其他WDGTB值下的最小超時時間。 ②、當T[5:0]全部取1時，7位計數器的值是0x7f，此時距離復位值遞減計數0x40次(0x3f+1)，在此時間之內執行喂狗操作可避免復位。 從而可知各個WDGTB值下的最大超時時間，如WDGTB=0時， Twwdg=4096×2^0×64/36 (us)=7281.7 us，依次可計算出其他WDGTB值下的最大超時時間。
STM32 系列的CPU，有多達8個定時器，其中TIM1和TIM8是能夠產生三對PWM互補輸出的高階定時器，常用於三相電機的驅動，它們的時鐘由APB2的輸出產生。其它6個為普通定時器，時鐘由APB1的輸出產生。 通用定時器的定義：STM32的通用定時器是一個通過可程式設計預分頻器(PSC)驅動的16位自動裝載計數器(CNT)構成。 功用：STM32的通用定時器可以被用於測量輸入訊號的脈衝長度(輸入捕獲)或者產生輸出波形(輸出比較和PWM)等。 分頻係數：決定定時器的時基，即最小定時時間。 定時器的時鐘來源: 從圖中可以看出，定時器的時鐘不是直接來自APB1或APB2，而是來自於輸入為APB1或APB2的一個倍頻器。當APB1的預分頻係數為1時，這個倍頻器不起作用，定時器的時鐘頻率等於APB1的頻率；當APB1的預分頻係數為其它數值(即預分頻係數為2、4、8或16)時，這個倍頻器起作用，定時器的時鐘頻率等於APB1的頻率兩倍。
舉一個例子說明。假定AHB=36MHz，因為APB1允許的最大頻率為36MHz，所以APB1的預分頻係數可以取任意數值； 當預分頻係數=1時，APB1=36MHz，TIM2~7的時鐘頻率=36MHz(倍頻器不起作用)； 當預分頻係數=2時，APB1=18MHz，在倍頻器的作用下，TIM2~7的時鐘頻率=36MHz。 由於APB1不僅給通用定時器提供時鐘，還給其他外設提供時鐘，因此也體現了APB1
對自動重灌載暫存器賦值，TIM_Period的大小實際上表示的是需要經過TIM_Period次計數後才會發生一次更新或中斷。對TIM_Prescaler的設定，直接決定定時器的時鐘頻率。通俗點說，就是一秒鐘能計數多少次。比如算出來的時鐘頻率是2000，也就是一秒鐘會計數2000次，而此時如果TIM_Period設定為4000，即4000次計數後就會中斷一次。由於時鐘頻率是一秒鐘計數2000次，因此只要2秒鐘，就會中斷一次。發生中斷時間=(TIM_Prescaler+1)* (TIM_Period+1)/FLK。 同樣需要注意的，一進入中斷服務程式，第一步要做的，就是清除掉中斷標誌位。以便下次中斷服務函式的順利執行。 注意：APB1 當然，計數器的計數模式比較簡單，這裡沒有就其進行詳細的說明。 |
rescaler設計的靈活性。
今天有同學問我PWM到底咋工作的？為啥這樣啊？為啥啊？直接把我問蒙了。所以今天就來總結一些通用定時器產生PWM輸出。
①、PWM主要就是控制頻率和佔空比的：這兩個因素分別通過兩個暫存器控制：TIMX_ARR和TIMX_CCRX。ARR暫存器就是自動重灌暫存器，也就是計數器記到這個數以後清零再開始計，這樣PWM的頻率就是tim_frequency/（TIMX_ARR-1）。在計數時會不停的和CCRX暫存器中的資料進行比較，如果小於的話是高電平或者低電平，計數值大於CCRX值的話電平極性反相。所以這也就控制了佔空比。
②、TIM3-CNT中的資料從0計數到ARR中的值，當計數到TIM3_CCRx接收到的資料大小時，由高電平變為低電平，當CNT中的數值增加到ARR暫存器設定的值時就自動清零，從0重新開始計數，併產生一個計數溢位事件，從0計數到ARR值的這段時間是PWM的週期。設定CCRx的值用來改變PWM的佔空比。
③、TIM3-CNT的值與TIM3_CCRx中的資料是自動比較，TIM3-CNT的值與TIM3_CCRx中的資料相等時，PWM是自動產生跳變的，此過程是硬體實現的，在原子開發板的例程中找不到有關二者進行比較的程式碼，所以不要問在軟體中是如何實現的，因為我找了很長時間沒找到。
④埠重對映
為了優化64腳或100腳封裝的外設數目，可以把一些複用功能重新對映到其他引腳上。設定複用重對映和除錯I/O配置暫存器(AFIO_MAPR)實現引腳的重新對映。這時，複用功能不再對映到它們的原始分配上。（注意：重定義的引腳是固定的，不是想重定義到哪個引腳就可以到哪個引腳的！重映像一般只適用於100和144腳的封裝！（具體看哪個外設））。
STM32上有很多I/O口，也有很多的內建外設想I2C,ADC,ISP,USART等 ，為了節省引出管腳，這些內建外設基本上是與I/O口共用管腳的，也就是I/O管腳的複用功能。但是STM32還有一特別之處就是：很多複用內建的外設的I/O引腳可以通過重對映功能，從不同的I/O管腳引出，即複用功能的引腳是可通過程式改變的。但這些重對映並不是任意的，只有有些引腳可以重對映.具體哪些引腳stm32參考手冊上的GPIO與AFIO章節上有。一般是定時器，通訊介面等數字系統的引腳可以重對映，adc,dac,時鐘這種與模擬量有關的不可以。
簡單的說STM32的IO有3個功能一個是預設的，一個是複用，一個是重對映功能（這個其實也屬於複用），如果配置成複用，則將使用第2個功能，如果配置成複用，同時相應的重對映也配置了，則將使用第3個功能。
STM32的部分重對映例項：
輸入捕獲實驗
捕獲是如何實現的？與定時器有什麼關係？它為什麼就能夠捕獲到呢？
先入為主：可以利用定時器捕獲某些IO口的高電平脈寬，脈寬時間可以通過串列埠列印得到。
輸入捕獲模式可以用來測量脈衝寬度或者測量頻率。STM32定時器除了TIM6和TIM7，其他的都具有輸入捕獲功能。STM32的輸入捕獲，簡單的說就是通過檢測TIMx_CHx上的邊沿訊號，在邊沿訊號發生跳變（比如上升沿/下降沿）的時候，將當前定時器的值存放到對應的通道的捕獲/比較暫存器（TIMx_CCRx）裡面，完成一次捕獲。
捕獲模式與比較模式的理解：
捕獲模式的原理是選定的輸入引腳發生選定的脈衝出發沿的時候，則該時刻定時器的計數值TIMx_CNT將被儲存，同時產生中斷（TIMx_CNT的值不會與任何東西進行比較）。該功能最常用的的就是測量一個外來脈衝的脈寬。
比較模式的原理是當CCRx暫存器中設定的值與定時器計數器值相等的時候，相關引腳發生電平跳變，同時產生中斷。該功能常應用於產生一個一定脈寬的PWM波形。
數字濾波器由一個事件計數器組成，它記錄到N個事件後會產生一個輸出的跳變： 這個N可以取值具體參考中文手冊，意思是說：我取樣高電平，只有連續取樣到N個電平是高電平的話我才認為是有效的高電平，低於N個我就認為是無效的。
PWM輸入捕獲模式是輸入捕獲模式的特例，自己理解如下
1. 每個定時器有四個輸入捕獲通道IC1、IC2、IC3、IC4。且IC1 IC2一組，IC3 IC4一組。並且可是設定管腳和暫存器的對應關係。
2. 同一個TIx輸入映射了兩個ICx訊號。
3. 這兩個ICx訊號分別在相反的極性邊沿有效。
4. 兩個邊沿訊號中的一個被選為觸發訊號，並且從模式控制器被設定成復位模式。
5. 當觸發訊號來臨時，被設定成觸發輸入訊號的捕獲暫存器，捕獲“一個PWM週期（即連續的兩個上升沿或下降沿）”，它等於包含TIM時鐘週期的個數（即捕獲暫存器中捕獲的為TIM的計數個數n）。
6. 同樣另一個捕獲通道捕獲觸發訊號和下一個相反極性的邊沿訊號的計數個數m，即（即高電平的週期或低電平的週期）
7. 由此可以計算出PWM的時鐘週期和佔空比了
frequency=f（TIM時鐘頻率）/n。
duty cycle=（高電平計數個數/n），
若m為高電平計數個數，則duty cycle=m/n
若m為低電平計數個數，則duty cycle=（n-m）/n
注：因為計數器為16位，所以一個週期最多計數65535個，所以測得的 最小頻率= TIM時鐘頻率/65535。
測量脈寬的理解：
輸入捕獲的原理是，定時器正常計數執行，當外部脈衝到來時，將定時器計數值存起來，當下次脈衝到來時，求出這兩次計數值差值，即為這兩段脈衝的週期。例如，定時器計數到10，外部脈衝到來，使用last_time_CH1儲存10，下次脈衝到來，此時定時器計數值執行到110，使用this_time_CH1儲存110，之後做差，tmp16_CH1儲存差值100，由於定時器運行於100KHZ，10us計數值增加一次，所以脈衝週期為100*10=1000us=1ms，即為1KHZ。當然，定時器會溢位重灌，此時需要將差值補償運算，tmp16_CH1 = ((0xFFFF - last_time_CH1) + this_time_CH1);可測量的範圍取決於定時器執行的頻率，如果外部頻率慢到當定時器整個計數一週後也沒有觸發兩次，會發生溢位，此時計數值已不準確。所以定時器時鐘配置取決於外部脈衝頻率，應配置得當使得脈衝頻率範圍不致溢位。由於每次外部脈衝都會觸發中斷，尤其是四通道時，所以使用中斷方式會略微佔用CPU資源，使用DMA可以解決這一問題。
得到脈衝週期後，即可通過運算獲得外部頻率，進而測速。
| STM32的ADC取樣（翻看網上內容總結） 難點：如何確定取樣週期？如何配置相關暫存器？轉換時間裡的12.5是怎麼來的？ 一、基本概念：ADC轉換就是輸入模擬的訊號量，微控制器轉換成數字量。讀取數字量必須等轉換完成後，完成一個通道的讀取叫做取樣週期。取樣週期一般來說＝轉換時間＋讀取時間。而轉換時間＝取樣時間＋12.5個時鐘週期。取樣時間是你通過暫存器告訴stm32取樣模擬量的時間，設定越長越精確。
STM32的ADC模組各個通道對應的IO (注意：STM32F103系列最少都擁有2個ADC，STM32F103ZET6包含有3個ADC，STM32F103ZET6內部集成了12位的逐次逼近型模擬數字轉換器，它有多大18個通道，可測量16個外部和2個內部訊號源。)
二、規則組和注入組 STM32的ADC通道分為規則組和注入組。因為ADC轉換模組只有一個ADC功能核心，它能夠支援這麼多通道的資料轉換，用的是分時複用的方法。分組的目的是為了賦予特定的ADC通道優先權。 比如，ADCx_IN2被分配到規則組，ADCx_IN3被分配到注入組，在IN2通道進行資料轉換的過程中，外部訊號觸發了IN3通道的轉換，則ADC功能核心將暫停IN2的轉換，轉去執行IN3的轉換，完成轉換後在回來執行IN2的轉換。由此可知，注入組的通道具有優先轉換權，可以打斷規則組通道正在進行的轉換。
三、STM32 ADC 取樣 頻率的確定 ①、可程式設計的通道取樣時間 ADC 使用若干個ADC_CLK 週期對輸入電壓取樣，取樣週期數目可以通過 ADC_SMPR1 和ADC_SMPR2 暫存器中的SMP[2:0]位而更改。每個通道可以以 不同的時間取樣。 總轉換時間如下 計算： TCONV = 取樣時間+ 12.5 個週期 例如： 當ADCCLK=14MHz 和1.5 週期的取樣時間 TCONV = 1.5 + 12.5 = 14 週期 = 1μs
轉換時間裡的12.5是怎麼來的？ 原子哥告訴我，ST固定死了的，咱們不用關心。
②、具體分析如下： （1）我們的輸入訊號是50Hz （週期為20ms），初步定為1週期200個取樣點，（注：一週期最少採20個點，即取樣率最少為1k） ，每2個取樣點間隔為 20ms /200 = 100 us ADC可程式設計的通道取樣時間我們選最小的 1.5 週期，則 ADC取樣週期一週期大小為 100us /1.5=66us 。 ADC 時鐘頻率為 1/66us =15 KHz。 ADC可程式設計的通道取樣時間我們選71.5 週期，則 ADC取樣週期一週期大小為 （100us /71.5） 。 ADC 時鐘頻率為 7.15MHz。
（2）接下來我們要確定系統時鐘：我們 用的是 8M Hz 的外部晶振做時鐘源（HSE），估計得 經過
我們通過設定時鐘配置暫存器(RCC_CFGR) 中 有 為ADC 時鐘提供一個專用的可程式設計預分器，將PCLK2 8 分頻後作為ADC 的時鐘，則可 知ADC 時鐘頻率為 9MHz 從手冊可知： ADC 轉換時間： STM32F103xx 增強型產品：ADC 時鐘為56MHz 時為1μs(ADC 時鐘為72MHz 為1.17μs) （3）由以上分析可知：不太對應，我們重新對以上內容調整，提出如下兩套方案：
方案一：我們的輸入訊號是50Hz （週期為20ms），初步定為1週期2500個取樣點，（注：一週期最少採20個點，即取樣率最少為1k） ，每2個取樣點間隔為 20ms /2500 = 8 us ADC可程式設計的通道取樣時間我們選71.5 週期，則 ADC取樣週期一週期大小為 8us /71.5 。 ADC 時鐘頻率約為 9 MHz。 將PCLK2 8 分頻後作為ADC 的時鐘，則可知ADC 時鐘頻率為 9MHz
方案二：我們的輸入訊號是50Hz （週期為20ms），初步定為1週期1000個取樣點，（注：一週期最少採20個點，即取樣率最少為1k） ，每2個取樣點間隔為 20ms /1000= 20 us ADC可程式設計的通道取樣時間我們選239.5週期，則 ADC取樣週期一週期大小為 20us /239.5 。 ADC 時鐘頻率約為 12 MHz。 |
| STM32 DAC實驗 基本原理：12位的DAC模組將測量用的基準電壓（3.3V）分為4095份（3.3/4095），通過設定暫存器DAC_DHR12Rx（設定不同的對齊方式對應的暫存器有所不同）的值，可以得到輸出電壓的大小，其值為暫存器內值的大小乘以每一份的值（3.3/4095），結果就是希望輸出的電壓值大小。然後我們通過ADC取樣，就可以把輸出電壓的值檢測出來，並顯示在LCD上。注意，這裡參考電壓的設定，VREF+接到3.3V，VREF-接到0V。 另外，DAC輸出是受DORx暫存器直接控制的，但是不能直接往DORx暫存器寫入資料，而是通過DHRx間接的傳給DORx暫存器，實現對DAC輸出的控制。
|
一、 GPIO模式配置
1、輸入/輸出模式（參考stm32手冊）
2、GPIO輸出模式下，幾種速度的區別：
(1). GPIO 引腳速度： GPIO_Speed_2MHz (10MHz, 50MHz) ;
又稱輸出驅動電路的響應速度：（晶片內部在I/O口的輸出部分安排了多個響應速度不同的輸出驅動電路，使用者可以根據自己的需要選擇合適的驅動電路，通過選擇速度來選擇不同的輸出驅動模組，達到最佳的噪聲控制和降低功耗的目的。）
可理解為: 輸出驅動電路的頻寬：即一個驅動電路可以不失真地通過訊號的最大頻率。
(如果一個訊號的頻率超過了驅動電路的響應速度，就有可能訊號失真。失真因素？)
如果訊號頻率為10MHz，而你配置了2MHz的頻寬，則10MHz的方波很可能就變成了正弦波。就好比是公路的設計時速，汽車速度低於設計時速時，可以平穩地執行，如果超過設計時速就會顛簸，甚至翻車。
關鍵是： GPIO的引腳速度跟應用相匹配，速度配置越高，噪聲越大，功耗越大。
頻寬速度高的驅動器耗電大、噪聲也大，頻寬低的驅動器耗電小、噪聲也小。使用合適的驅動器可以降低功耗和噪聲
比如：高頻的驅動電路，噪聲也高，當不需要高的輸出頻率時，請選用低頻驅動電路，這樣非常有利於提高系統的EMI效能。當然如果要輸出較高頻率的訊號，但卻選用了較低頻率的驅動模組，很可能會得到失真的輸出訊號。關鍵是GPIO的引腳速度跟應用匹配（推薦10倍以上？）。
比如：
① USART串列埠，若最大波特率只需115.2k，那用2M的速度就夠了，既省電也噪聲小。
② I2C介面，若使用400k波特率，若想把餘量留大些，可以選用10M的GPIO引腳速度。
③ SPI介面，若使用18M或9M波特率，需要選用50M的GPIO的引腳速度。
(2). GPIO的翻轉速度指：輸入/輸出暫存器的0 ，1 值反映到外部引腳(APB2上)高低電平的速度.手冊上指出GPIO最大翻轉速度可達18MHz。
@通過簡單的程式測試，用示波器觀察到的翻轉時間: 是綜合的時間，包括取指令的時間、指令執行的時間、指令執行後訊號傳遞到暫存器的時間(這其中可能經過很多環節，比如AHB、APB、匯流排仲裁等)，最後才是訊號從暫存器傳輸到引腳所經歷的時間。
如：有上拉電阻，其阻值越大，RC延時越大，即邏輯電平轉換的速度越慢，功耗越大。
(3).GPIO 輸出速度：與程式有關，(程式中寫的多久輸出一個訊號)。
2、GPIO口設為輸入時，輸出驅動電路與埠是斷開，所以輸出速度配置無意義。
3、在復位期間和剛復位後，複用功能未開啟，I/O埠被配置成浮空輸入模式。
4、所有埠都有外部中斷能力。為了使用外部中斷線，埠必須配置成輸入模式。
5、GPIO口的配置具有上鎖功能，當配置好GPIO口後，可以通過程式鎖住配置組合，直到下次晶片復位才能解鎖。
一般應用：
模擬輸入_AIN ——應用ADC模擬輸入，或者低功耗下省電。
浮空輸入_IN_FLOATING ——可以做KEY識別，RX1
開漏輸出_Out_OD——應用於I2C匯流排； （STM32開漏輸出若外部不接上拉電阻只能輸出0）
二. 管腳的複用功能 重對映
1、複用功能：內建外設是與I/O口共用引出管腳（不同的功能對應同一管腳）
STM32 所有內建外設的外部引腳都是與標準GPIO引腳複用的，如果有多個複用功能模組對應同一個引腳，只能使能其中之一，其它模組保持非使能狀態。
2、重對映功能：複用功能的引出腳可以通過重對映，從不同的I/O管腳引出，即複用功 能的引出腳位是可通過程式改變到其他的引腳上！
直接好處：PCB電路板的設計人員可以在需要的情況下，不必把某些訊號在板上繞一大圈完成聯接，方便了PCB的設計同時潛在地減少了訊號的交叉干擾。
如：USART1： 0: 沒有重映像(TX/PA9，RX/PA10)； 1: 重映像(TX/PB6，RX/PB7)。
（參考AFIO_MAPR暫存器介紹）[0,1為一暫存器的bit值]
【注】 下述複用功能的引出腳具有重對映功能：
- 晶體振盪器的引腳在不接晶體時，可以作為普通I/O口
- CAN模組； - JTAG除錯介面；- 大部分定時器的引出介面； - 大部分USART引出介面
- I2C1的引出介面； - SPI1的引出介面；
舉例：對於STM32F103VBT6，47引腳為PB10，它的複用功能是I2C2_SCL和 USART3_TX，表示在上電之後它的預設功能為PB10，而I2C2的SCL和USART3的TX為它的複用功能；另外在TIM2的引腳重對映後，TIM2_CH3也成為這個引腳的複用功能。
(1)要使用STM32F103VBT6的47、48腳的USART3功能，則需要配置47腳為複用推輓輸出或複用開漏輸出，配置48腳為某種輸入模式，同時使能USART3並保持I2C2的非使能狀態。
(2)使用STM32F103VBT6的47腳作為TIM2_CH3，則需要對TIM2進行重對映，然後再按複用功能的方式配置對應引腳.