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[ST] STM32F103单片机使用定时器DMA进行全自动8位数码管动态扫描

admin 2月前 143

#include <stm32f10x.h>  
  
const uint8_t seg8[] = {0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90}; // 数码管0~9段码表  
uint16_t segbuf[8][16]; // 共有8个数码管, 点亮每个数码管需要传送16位数据  
  
void delay(void)  
{  
    uint32_t i;  
    for (i = 0; i < 200000; i++);  
}  
  
// 设置数码管显示的数字  
// 向74HC595发送的数据: SerIn(seg8[n]); SerIn(1 << i); ParOut(); (先段选后位选)  
// 段选为低电平, 位选为高电平时点亮相应的笔画(共阳)  
void seg_set(uint32_t num)  
{  
    uint8_t i, j;  
    uint16_t data, temp;  
    for (i = 0; i < 8; i++) // 从低位扫描到高位  
    {  
        data = (seg8[num % 10] << 8) | (1 << i); // 要向74HC595发送的数据  
        for (j = 0; j < 16; j++) // 每一份CCER寄存器的值决定一位数据  
        {  
            temp = TIM_CCER_CC2E | TIM_CCER_CC3E | TIM_CCER_CC4E;  
            if (j == 0)  
                temp |= TIM_CCER_CC3P; // RCLK=1, 显示上次(第i-1次或第7次)点亮的数码管  
            if (data & 0x8000)  
                temp |= TIM_CCER_CC2P; // DIO=1  
            segbuf[i][j] = temp;  
            data <<= 1;  
        }  
        num /= 10;  
    }  
}  
  
// 数码管熄灭  
void seg_clr(void)  
{  
    uint8_t i, j;  
    uint16_t temp;  
    for (i = 0; i < 8; i++)  
    {  
        for (j = 0; j < 16; j++)  
        {  
            temp = TIM_CCER_CC2E | TIM_CCER_CC3E | TIM_CCER_CC4E;  
            if (j == 0)  
                temp |= TIM_CCER_CC3P;  
            if (j < 8)  
                temp |= TIM_CCER_CC2P; // 相当于上面的data=0xff00  
            segbuf[i][j] = temp;  
        }  
    }  
}  
  
// 数码管动态扫描初始化  
void seg_init(void)  
{  
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM4EN;  
    TIM4->ARR = 624; // 定时时间: 625*0.25us=156.25us, 每个数码管点亮的时间: 16*156.25us=2.5ms  
    TIM4->PSC = 17; // 基准: 72MHz/18=4MHz->0.25us  
    TIM4->CR1 = TIM_CR1_URS; // EGR_UG=1不置位SR_UIF  
    TIM4->EGR = TIM_EGR_UG; // 保存上述设置  
      
    TIM4->CCMR1 = TIM_CCMR1_OC2M_2; // 通道2为强制输出模式, 输出的电平由CC2P决定  
    TIM4->CCMR2 = TIM_CCMR2_OC3M_2 | TIM_CCMR2_OC4M; // 通道3也是强制输出模式; 通道4为PWM模式2(用于产生SCLK), 先低电平后高电平  
    TIM4->CCR4 = 600; // SCLK上升沿的出现时间(相对于TIM4->ARR)  
      
    TIM4->DCR = (&TIM4->CCER - &TIM4->CR1) / 2; // 传送的寄存器为CCER, 每次只传送一个寄存器(DBL=0)  
    TIM4->DIER = TIM_DIER_UDE; // 当定时器溢出时产生DMA请求, 对应的DMA通道是DMA1_Channel7  
      
    // 配置时DMA必须处于关闭状态  
    RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_DMA1EN;  
    DMA1_Channel7->CCR = DMA_CCR7_MSIZE_0 | DMA_CCR7_PSIZE_0 | DMA_CCR7_MINC | DMA_CCR7_CIRC | DMA_CCR7_DIR;  
    DMA1_Channel7->CMAR = (uint32_t)segbuf;  
    DMA1_Channel7->CNDTR = sizeof(segbuf) / sizeof(uint16_t);  
    DMA1_Channel7->CPAR = (uint32_t)&TIM4->DMAR;  
    DMA1_Channel7->CCR |= DMA_CCR7_EN; // 开DMA  
      
    TIM4->CR1 |= TIM_CR1_CEN; // 开始动态扫描  
}  
  
int main(void)  
{  
    uint32_t num = 12345678;  
      
    // 数码管动态扫描管脚配置(复用推挽50MHz输出)  
    RCC->APB2ENR = RCC_APB2ENR_IOPBEN;  
    GPIOB->CRL = 0xb0000000; // PB7->DIO(TIM4_CH2)  
    GPIOB->CRH = 0x000000bb; // PB8->RCLK(TIM4_CH3), PB9->SCLK(TIM4_CH4)  
      
    seg_init();  
    while (1)  
    {  
        // 主循环里只负责改变数字, 不负责扫描数码管  
        // 数码管的扫描任务完全交给DMA处理  
        if (num % 100 < 20)  
            seg_clr(); // 当最后两位小于20时熄灭数码管  
        else  
            seg_set(num);  
        delay();  
        num++;  
    }  
}

【原理说明】

通道4通过PWM模式2产生时钟信号SCLK,当计数值CNT<CCR4时输出低电平, 否则输出高电平

因此SCLK的上升沿出现在CNT=CCR4的瞬间,此时DIN中的数据移入74HC595

定时器每溢出一次,就向74HC595传输一位数据。每传输完16位数据, 在传送下一位时将RCLK置1,使74HC595刷新输出端, 点亮一位数码管。

通道2(连接数据端DIO)和通道3(连接输出锁存时钟端RCLK)都配置为强制输出模式,输出的电平仅由CCER寄存器中的CCxP决定。

而每次定时器溢出触发的DMA传输更新的就是CCER寄存器(TIM4->CCER=segbuf[i][j])。

【可靠性分析】

若在某一时刻需要熄灭数码管,则调用seg_clr函数。假设熄灭数码管时DMA刚好正在发送百位数码管段选的第6位,该位数码管显示的是0xa4。

也就是:10010[1]00

本来点亮该位数码管时发送的是: 10010100 00000100

但由于seg_clr函数将segbuf[2]_CC2P置成了:11111111 00000000

因此DMA实际发送的是: 10010111 00000000,由于位选为0,所以最终没有数码管被点亮, 不会出现闪烁。

更新数字时调用seg_set函数,因为segbuf变量中存储的低八位(位选代码)始终是固定的,所以不会出现篡位显示的情况。

【注意】

如果使用高级定时器TIM1/TIM8,则必须要将BDTR寄存器中的MOE置1(开总输出),否则4个输出通道将只能输出低电平:

TIM1->BDTR = TIM_BDTR_MOE; // 开总输出

【程序的运行效果】

【三个数码管的动态扫描】

#include <stm32f10x.h>  
  
const uint8_t seg8[] = {0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90};  
uint16_t segbuf[3][16];  
  
void delay(void)  
{  
    uint32_t i;  
    for (i = 0; i < 2000000; i++);  
}  
  
void seg_set(uint32_t num)  
{  
    uint8_t i, j;  
    uint16_t data, temp;  
    for (i = 0; i < sizeof(segbuf) / sizeof(segbuf[0]); i++)  
    {  
        data = (seg8[num % 10] << 8) | (1 << i);  
        for (j = 0; j < 16; j++)  
        {  
            temp = TIM_CCER_CC2E | TIM_CCER_CC3E | TIM_CCER_CC4E;  
            if (j == 0)  
                temp |= TIM_CCER_CC3P;  
            if (data & 0x8000)  
                temp |= TIM_CCER_CC2P;  
            segbuf[i][j] = temp;  
            data <<= 1;  
        }  
        num /= 10;  
    }  
}  
  
void seg_init(void)  
{  
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM4EN;  
    TIM4->ARR = 624;  
    TIM4->PSC = 17;  
    TIM4->CR1 = TIM_CR1_URS;  
    TIM4->EGR = TIM_EGR_UG;  
      
    TIM4->CCMR1 = TIM_CCMR1_OC2M_2;  
    TIM4->CCMR2 = TIM_CCMR2_OC3M_2 | TIM_CCMR2_OC4M;  
    TIM4->CCR4 = 600;  
      
    TIM4->DCR = (&TIM4->CCER - &TIM4->CR1) / 2;  
    TIM4->DIER = TIM_DIER_UDE;  
      
    RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_DMA1EN;  
    DMA1_Channel7->CCR = DMA_CCR7_MSIZE_0 | DMA_CCR7_PSIZE_0 | DMA_CCR7_MINC | DMA_CCR7_CIRC | DMA_CCR7_DIR;  
    DMA1_Channel7->CMAR = (uint32_t)segbuf;  
    DMA1_Channel7->CNDTR = sizeof(segbuf) / sizeof(uint16_t);  
    DMA1_Channel7->CPAR = (uint32_t)&TIM4->DMAR;  
    DMA1_Channel7->CCR |= DMA_CCR7_EN;  
      
    TIM4->CR1 |= TIM_CR1_CEN;  
}  
  
int main(void)  
{  
    uint8_t num = 0;  
      
    RCC->APB2ENR = RCC_APB2ENR_IOPBEN;  
    GPIOB->CRL = 0xb0000000; // PB7->DIO(TIM4_CH2)  
    GPIOB->CRH = 0x000000bb; // PB8->RCLK(TIM4_CH3), PB9->SCLK(TIM4_CH4)  
      
    seg_init();  
    while (1)  
    {  
        seg_set(num);  
        delay();  
        num++;  
    }  
}

因为每次传输只涉及一个寄存器,所以还可以直接将CPAR指向CCER:

//TIM4->DCR = (&TIM4->CCER - &TIM4->CR1) / 2; // 不再需要这一步  
DMA1_Channel7->CPAR = (uint32_t)&TIM4->CCER;

如果把CPAR设为GPIOx->ODR的地址,同时设置好CCR寄存器中的MSIZE和PSIZE(8位或16位),那么就可以操作更多的I/O口,甚至可以脱离74HC595这样的I/O扩展芯片,直接驱动数码管。

用下面的方法可以消除复位时数码管闪现的随机字符:

seg_init();  
seg_clr();  
while ((DMA1->ISR & DMA_ISR_TCIF7) == 0); // 等待清屏完毕  
DMA1->IFCR |= DMA_IFCR_CTCIF7; // 清除标志

并将seg_clr函数中的if (j == 0)改为:

if (i != 0 && j == 0)

但是这种方法不能消除上电时的随机字符,因为DMA的第一个请求是在定时器第一次溢出后才发出,连续发送16个DMA请求后随机字符才能被消除,这需要消耗(16+1)*156.25us=2.65625ms的时间,这还没有将DMA和定时器初始化的时间计算在内。

【消除复位时的随机字符】

#include <stm32f10x.h>  
  
const uint8_t seg8[] = {0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90};  
uint16_t segbuf[3][16];  
  
void delay(void)  
{  
    uint32_t i;  
    for (i = 0; i < 2000000; i++);  
}  
  
void seg_set(uint32_t num)  
{  
    uint8_t i, j;  
    uint16_t data, temp;  
    for (i = 0; i < sizeof(segbuf) / sizeof(segbuf[0]); i++)  
    {  
        data = (seg8[num % 10] << 8) | (1 << i);  
        for (j = 0; j < 16; j++)  
        {  
            temp = TIM_CCER_CC2E | TIM_CCER_CC3E | TIM_CCER_CC4E;  
            if (j == 0)  
                temp |= TIM_CCER_CC3P;  
            if (data & 0x8000)  
                temp |= TIM_CCER_CC2P;  
            segbuf[i][j] = temp;  
            data <<= 1;  
        }  
        num /= 10;  
    }  
}  
  
void seg_clr(void)  
{  
    uint8_t i, j;  
    uint16_t temp;  
    for (i = 0; i < sizeof(segbuf) / sizeof(segbuf[0]); i++)  
    {  
        for (j = 0; j < 16; j++)  
        {  
            temp = TIM_CCER_CC2E | TIM_CCER_CC3E | TIM_CCER_CC4E;  
            if (i != 0 && j == 0) // 添加i!=0  
                temp |= TIM_CCER_CC3P;  
            if (j < 8)  
                temp |= TIM_CCER_CC2P;  
            segbuf[i][j] = temp;  
        }  
    }  
}  
  
void seg_init(void)  
{  
    seg_clr();  
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM4EN;  
      
    TIM4->CCMR1 = TIM_CCMR1_OC2M_2;  
    TIM4->CCMR2 = TIM_CCMR2_OC3M_2 | TIM_CCMR2_OC4M;  
      
    TIM4->DCR = (&TIM4->CCER - &TIM4->CR1) / 2;  
    TIM4->DIER = TIM_DIER_UDE;  
      
    RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_DMA1EN;  
    DMA1_Channel7->CCR = DMA_CCR7_MSIZE_0 | DMA_CCR7_PSIZE_0 | DMA_CCR7_MINC | DMA_CCR7_CIRC | DMA_CCR7_DIR;  
    DMA1_Channel7->CMAR = (uint32_t)segbuf;  
    DMA1_Channel7->CNDTR = sizeof(segbuf) / sizeof(uint16_t);  
    DMA1_Channel7->CPAR = (uint32_t)&TIM4->DMAR;  
    DMA1_Channel7->CCR |= DMA_CCR7_EN;  
      
    TIM4->ARR = 624;  
    TIM4->CCR4 = 600;  
    //TIM4->PSC = 0; // 以较快的速度刷除复位时的随机字符  
    TIM4->EGR = TIM_EGR_UG;  
    TIM4->CR1 |= TIM_CR1_CEN;  
    // 不能消除上电时产生的随机字符 (只能够通过手动控制74HC595的清零端或输出允许端消除)  
      
    while ((DMA1->ISR & DMA_ISR_TCIF7) == 0);  
    DMA1->IFCR |= DMA_IFCR_CTCIF7;  
      
    TIM4->CR1 |= TIM_CR1_URS; // UG不再将UIF置位  
    TIM4->PSC = 17; // 减慢扫描速度  
}  
  
int main(void)  
{  
    uint8_t num = 0;  
      
    RCC->APB2ENR = RCC_APB2ENR_IOPBEN;  
    GPIOB->CRL = 0xb0000000; // PB7->DIO(TIM4_CH2)  
    GPIOB->CRH = 0x000000bb; // PB8->RCLK(TIM4_CH3), PB9->SCLK(TIM4_CH4)  
      
    seg_init();  
    while (1)  
    {  
        /*if (num % 4 == 0) 
            seg_clr(); 
        else 
            */seg_set(num);  
        delay();  
        num++;  
    }  
}


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