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第十一章 TIMER_IT实验
本章，我们将学习ESP32-S3的定时器，教会大家如何使用ESP32-S3的定时器实现定时功能。在本章中，我们将实现如下功能：开启ESP32-S3的定时器，并在定时器的回调函数中，翻转LED灯的状态。 本章分为如下几个小节： 11.1 定时器介绍 11.2 硬件设计 11.3 软件设计 11.4 下载验证
11.1 定时器简介 11.1.1 定时器介绍 定时器，顾名思义，用于设置定时。平常我们设定计时或闹钟，时间到了就告诉我们要做什么了。而这里的定时器同样也是如此，也需要设定定时到后的操作。 ESP32-S3有通用定时器、系统定时器和看门狗定时器，本章主要讲解的是通用定时器。 ESP32-S3有两个硬件定时器组，定时器组0和定时器组1，每组有两个硬件通用定时器，所以总共是有4个硬件通用定时器。它们都是基于16位预分频器和54位可自动重载的向上/向下计数器实现定时功能。 ESP32-S3的计数频率为80MHz，假如对16位预分频器设置预分频系数为80，那么可得到1MHz的计数信号，每个计数信号的周期为1us，即每个计数单位为1us。基于要设定的时间，就可以对计数器进行设置。打个比方，要定时10ms，而每个计数周期为1us，这里得计算10ms需要多少个这样的1us周期：10ms / 1us = 10000，计数器就需要设置为10000，实现10ms定时，这个举例过程如下图所示。 图11.1.1.1 定时器定时配置过程 当设置好定时器的预分频器以及计数器以及开启定时器，这时候定时开始，当计数值达到9999时，即到达设定时间，就会跳进中断回调函数中执行，执行完毕再回到主程序中运行。 11.1.2 定时器函数介绍 本小节介绍到的函数可在以下文件中找到： Arduino15\packages\esp32\hardware\esp32\2.0.11\cores\esp32\esp32-hal-timer.c 接下来，我们介绍一下本章节所用到的TIMER相关函数。 第一个函数：timerBegin函数，该函数功能是初始化一个定时器对象。 hw_timer_t * timerBegin(uint8_t num, uint16_t divider, bool countUp); 参数num为定时器编号，0到3，对应4个硬件通用定时器； 参数divider为预分频系数； 参数countUp为计数器计数方向标志，true：向上计数；false：向下计数 返回值：定时器结构体指针 第二个函数：timerAttachInterrupt函数，该函数功能是为目标定时器绑定一个中断回调函数，配置定时器中断。 void timerAttachInterrupt(hw_timer_t *timer, void (*fn)(), bool edge); 参数*timer为已初始化的目标定时器结构体指针； 参数(*fn)()为定时器中断回调函数的函数指针； 参数edge为中断触发类型，true：边沿触发，false：电平触发； 返回值 第三个函数：timerAlarmWrite函数，该函数功能是为目标定时器设置间隔定时参数和是否自动重装载。 void timerAlarmWrite(hw_timer_t *timer, uint64_t alarm_value, bool autoreload); 参数*timer为已初始化的目标定时器结构体指针； 参数alarm_value为最大计数值。向上计数到达该数值溢出，触发中断； 参数autoreload为定时器在产生中断时是否重新加载的标志。true：自动加载，循环间隔定时，false：不自动加载，只进行一次间隔定时。 无返回值。 第四个函数：timerAlarmEnable函数，该函数功能是使能定时器，开始间隔定时。 void timerAlarmEnable(hw_timer_t *timer); 参数*timer为已初始化的目标定时器结构体指针； 无返回值。 11.2 硬件设计 1. 例程功能 程序启动后配置定时器的定时时间为500毫秒，定时到来时执行中断回调函数翻转LED状态。 2. 硬件资源 1）LED灯 LED-IO1 2）Timer0 3. 原理图 本章实验使用的定时器为ESP32-S3的片上资源，因此并没有相应的连接原理图。 11.3 软件设计 11.3.1 程序流程图 下面看看本实验的程序流程图： 图11.3.1.1 程序流程图 11.3.2 程序解析 1. timer驱动代码这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。EXTI驱动源码包括两个文件：tim.cpp和tim.h。 下面我们先解析tim.h的程序。我们做了定时器的相关定义。 #define TIMx_INT 0 #define TIMx_ISR tim0_ISR 我们选择使用通用定时器0，当然你也可以通过改变TIMx_INT的值进行初始化别的定时器。TIMx_ISR宏是定时器0的中断回调函数，采用该宏移植性更加强。 下面我们再解析tim.cpp的程序，这里有两个函数timx_int_init和TIMX_ISR，其定义如下： hw_timer_t *timer = NULL; /** * @note * 定时器的时钟来自APB,而APB为80M * 所以定时器时钟 = (80/psc)Mhz, 单位时间为 1 / (80 / psc) = x us * 定时器溢出时间计算方法: Tout = ((arr + 1) * (psc + 1)) / Ft us * Ft=定时器工作频率,单位:Mhz * * @param arr: 自动重装值 * @param psc: 时钟预分频数 * @retval 无 */ void timx_int_init(uint16_t arr, uint16_t psc) { timer = timerBegin(TIMx_INT, psc, true); /* 初始化定时器0 */ timerAlarmWrite(timer, arr, true); /* 设置中断时间 */ timerAttachInterrupt(timer, &TIMx_ISR, true); /* 配置定时器中断回调函数 */ timerAlarmEnable(timer); /* 使能定时器中断 */ } /** * @brief 定时器TIMX中断回调函数 * @param 无 * @retval 无 */ void TIMx_ISR(void) { LED_TOGGLE(); } timx_int_init函数是初始化定时器0，首先调用timerBegin函数初始化一个定时器对象并采用向上计数方式，然后调用timerAlarmWrite函数配置中断时间并设置自动加载，后面再调用timerAttachInterrupt函数设置定时器边沿触发中断，最后调用timerAlarmEnable函数使能开启定时器。 注意：定时器的定时时间是由timx_int_init函数的参数决定，这里我们定义了一个全局的hw_timer_t类型的结构体指针timer；timerAlarmWrite函数的autoreload参数需要设置成true，才能一直循环间隔定时，否则只会执行一次就停下来。 TIMx_ISR函数就是定时器0中断回调函数。函数内部很简单，就是对LED灯的状态进行翻转。 2. 05_timer_it.ino代码在05_timer_it.ino里面编写如下代码： #include "tim.h" #include "led.h" /** * @brief 当程序开始执行时，将调用setup()函数，通常用来初始化变量、函数等 * @param 无 * @retval 无 */ void setup() { led_init(); /* LED初始化 */ timx_int_init(5000, 8000); /* 定时器初始化,定时时间为500ms */ } /** * @brief 循环函数，通常放程序的主体或者需要不断刷新的语句 * @param 无 * @retval 无 */ void loop() { /* 死循环,不做事情,等待定时器中断触发 */ delay(1000); } 在setup函数中，除了要调用led_init函数对LED灯进行初始化，还要调用timx_int_init函数初始化定时器0，通过参数我们可以算出定时时间为500毫秒。启动定时器后，每隔500毫秒进入我们编写好的定时器中断回调函数中，执行LED灯状态翻转操作。 由于该实验是用来测试定时器中断的，所以在loop函数中，不需要做事情，调用delay函数即可。 11.4 下载验证 下载代码完成后，ESP32-S3开发板每隔500毫秒触发一次中断，然后在中断回调函数中切换LED灯的状态。
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