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蓝桥杯物联网设计与开发：脉冲模块详解

创作时间:

作者:

@小白创作中心

蓝桥杯物联网设计与开发：脉冲模块详解

引用

CSDN

https://m.blog.csdn.net/m0_63116406/article/details/144651591

蓝桥杯竞赛是全国性IT学科竞赛，旨在促进软件和电子类人才的培养。其中，物联网设计与开发是竞赛的重要组成部分，涉及传感器、无线通信、嵌入式系统等多个领域的知识。本文将详细介绍蓝桥杯竞赛中常用的脉冲模块，包括其工作原理、硬件配置和软件实现等内容。

一、脉冲模块

（1）资源介绍

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；

图1 拓展接口

脉冲模块电路原理图如下所示：

图2 脉冲模块电路原理图

通过两张电路图连接可知，引脚资源配置情况为：

引脚	MCU
PR1	PB1
PULS	PB0
LED1	PB7
LED2	PB6

（2）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。

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：

图3 脉冲示意图

⚠️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；

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

（3）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；

（4）代码编写

/* 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 */
}

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
        }
    }
}