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超轻量级网红软件定时器multi_timer(51+stm32小熊派双平台实战)

Engineer-Bruce_Yang 发表于 2020-05-02 08:45:57 05-02 08:45
Engineer-Bruce_Yang 发表于 2020-05-02 08:45:57 2020-05-02
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【摘要】 一、multi_timer简介网红multi_timer是一个极其轻量的软件定时器,只要你的MCU容量够的情况下,就可以无限拓展成为N个定时器,这在一定程度上方便了定期器资源较少的MCU,但有经验的老工程师会说:"我可以只用一个定时器,用计数器+标志位的方式也可以COPY出N个定时器呀,资源少也阻挡不了我对它的充分利用"。是的没错,但multi_timer对比老工程师方法的优势在哪里呢?它可...

一、multi_timer简介

网红multi_timer是一个极其轻量的软件定时器,只要你的MCU容量够的情况下,就可以无限拓展成为N个定时器,这在一定程度上方便了定期器资源较少的MCU,但有经验的老工程师会说:"我可以只用一个定时器,用计数器+标志位的方式也可以COPY出N个定时器呀,资源少也阻挡不了我对它的充分利用"。是的没错,但multi_timer对比老工程师方法的优势在哪里呢?它可以取代传统的标志位+计数器的判断方式,让程序看起来更加优雅更加好维护。

特点:简单、优雅、便捷、易维护

二、multi_timer的使用方法

1、定义一个multi_timer结构体变量

Timer timer1 ;

2、注册并初始化multi_timer定时器

timer_init(&timer1, timer1_callback, TIMER_TIMEOUT_500MS, TIMER_TIMEOUT_500MS);

3、启动multi_timer定时器

timer_start(&timer1);

4、设置1ms硬件定时器循环调用计数器以提供时基

void xxx_callback(void)
{
 timer_ticks();
}

5、在while循环中循环调用multi_timer的后台处理函数

while(1)
{
  //....
  timer_loop();
}

三、multi_timer实战

实战演练1:在STC15F104W-35I-SOP8上实践

买这个小模块的原因是后面需要做一些开源项目,想做一些传感器,最后用stm32或者其它的MCU与它建立通信用,还有一个用途就是以后移植一些开源项目,我希望现在低端一点的平台上验证(如果低端跑不了就直接上能跑的),后面再在高端点的平台上实践,有时间有条件我也会多在别的平台上跑跑,这样相当于积累了多个平台的开发经验,这款CPU完全兼容51单片机的指令集,所以把它当成51单片机来用就行了。

这个小板子对应的原理图如下:

限于文章篇幅,如果想多了解这个小板子的信息,可以去我的CSDN博客上看看,之前写了介绍:

https://blog.csdn.net/morixinguan/article/details/105130462

下面直接看实战需求功能描述:

1、用multi_timer创建软件定时器1,用来以500ms的频率让LED灯交替闪烁。
2、用multi_timer创建软件定时器2,当定时10s到达以后,常亮LED,并且删除multi_timer创建的软件定时器1和软件定时器2。

创建51的Keil4工程,然后开始编写代码:

1、打开Keil4,然后创建一个AT89C51的工程

2、将multi_timer添加到keil4工程

3、创建一个Package目录,将multi_timer的程序文件添加进来


4、编写代码

#include <reg51.h>
#include "multi_timer.h"

Timer timer1 ;
Timer timer2 ;
/*用于定时10s的计数器*/
int Counter = 0 ;
/*根据板子原理图,灯位于P3^3*/
sbit LED = P3 ^ 3 ;

/*晶振频率为12M*/
#define FOSC 12000000L
/*指令速度为12T*/
#define command_speed 12
/*用multi_timer创建的定时器1定时时间  单位:ms*/
#define TIMER_TIMEOUT_500MS 500
/*用multi_timer创建的定时器2定时时间  单位:ms*/
#define TIMER_TIMEOUT_1S 1000

void timer0_init(void);
void timer1_callback(void);
void timer2_callback(void);

void main(void)
{
   LED = 0;
   timer0_init();
   timer_init(&timer1, timer1_callback, TIMER_TIMEOUT_500MS, TIMER_TIMEOUT_500MS);
   timer_init(&timer2, timer2_callback, TIMER_TIMEOUT_1S, TIMER_TIMEOUT_1S);
   timer_start(&timer1);
   timer_start(&timer2);

   while(1)
   {
       timer_loop();
   }
}

/*multi_timer回调函数1调用*/
void timer1_callback(void)
{
   /*LED灯电平翻转*/
   LED = !LED ;
}
/*multi_timer回调函数2调用*/
void timer2_callback(void)
{
   /*当计数器到达10次以后删除所有创建的软件定时器
     计数器清0,将LED电平置为1,常亮
   */
   ++Counter ;

   if(Counter == 10)
   {
       Counter = 0 ;
       LED = 1 ;
       timer_stop(&timer1);
       timer_stop(&timer2);
   }
}

/*硬件定时器初始化*/
void timer0_init(void)
{
   TMOD = 0x00;
   TH0 = (65536 - FOSC / command_speed / 1000) >> 8;
   TL0 = (65536 - FOSC / command_speed / 1000);
   EA = 1;
   ET0 = 1;
   TR0 = 1;
}

/*利用系统定时器产生1ms的定时中断*/
void timer0() interrupt 1
{
   TH0 = (65536 - FOSC / command_speed / 1000) >> 8;
   TL0 = (65536 - FOSC / command_speed / 1000);
   /*multi_timer计数器自增*/
   timer_ticks();
}

4、程序编译与固件生成


我们看到编译过后,整个程序的大小仅占用1.3K多,确实够轻量!接下来将生成的.hex文件下载到开发板上。



最终程序按照我的设计思路完美运行!这里相当于带大家重新复习了下51单片机平台的基本使用。

实战演练2:在小熊派开发板上实战


接下来我们在这个平台上把实战演练1的需求实现一下,首先先看小熊派开发板的原理图,找到LED的位置:

使用stm32cubmx配置基础工程:

1、芯片选型,这里选择stm32l431rctx


2、配置rcc时钟以及串行调试接口

这里我选择的是高速,时钟的话,直接用系统默认的内部时钟也可以,时钟默认配置最高80MHz。

因为以前被坑过,导致程序没法下载了,所以习惯性配置这个选项,后续有时间我写篇文章解释下。

3、配置LED


4、配置串口调试

方便根据调试信息查看程序执行流程。

5、生成Keil5基础工程


实际开发建议硬件外设分模块,这样看起来不要把所有的生成全部都挤到main.c里面去了,这点让我非常讨厌,所以生成工程时候习惯点击设置以下这一项:

接下来点击生成代码:

1、将multi_timer添加到keil5工程


2、创建一个Package目录,将multi_timer的程序文件添加进来



3、编写代码

由于篇幅限制,只看我自己代码添加的位置:

main.h

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
/*添加必要的头文件*/
#include <stdio.h>
#include "multi_timer.h"
/* USER CODE END Includes */

main.c

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/*用multi_timer创建的定时器1定时时间  单位:ms*/
#define TIMER_TIMEOUT_500MS 500
/*用multi_timer创建的定时器2定时时间  单位:ms*/
#define TIMER_TIMEOUT_1S 1000
/* USER CODE END PD */

/* USER CODE BEGIN PV */
Timer timer1 ;
Timer timer2 ;
/*用于定时10s的计数器*/
int Counter = 0 ;
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN PFP */
/*定义重定向,这样才能使用printf函数*/
int fputc(int ch, FILE *file)
{
   return HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 1000);
}

/*multi_timer回调函数1调用*/
void timer1_callback(void)
{
   /*LED灯电平翻转*/
   //LED = !LED ;
   HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
}
/*multi_timer回调函数2调用*/
void timer2_callback(void)
{
   /*当计数器到达10次以后删除所有创建的软件定时器
     计数器清0,将LED电平置为1,常亮
   */
   ++Counter ;

   if(Counter == 10)
   {
       Counter = 0 ;
       //LED = 1 ;
       HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_SET);
       printf("LED灯常亮\n");
       timer_stop(&timer1);
       printf("关闭定时器1\n");
       timer_stop(&timer2);
       printf("关闭定时器2\n");
   }
}

/**
 * @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_USART1_UART_Init();
   /* USER CODE BEGIN 2 */
   timer_init(&timer1, timer1_callback, TIMER_TIMEOUT_500MS, TIMER_TIMEOUT_500MS);
   timer_init(&timer2, timer2_callback, TIMER_TIMEOUT_1S, TIMER_TIMEOUT_1S);
   timer_start(&timer1);
   timer_start(&timer2);
   /* USER CODE END 2 */

   /* Infinite loop */
   /* USER CODE BEGIN WHILE */
   while (1)
   {
       /* USER CODE END WHILE */

       /* USER CODE BEGIN 3 */
       timer_loop();
   }

   /* USER CODE END 3 */
}

stm32l4xx_it.c

这里利用系统时钟的1ms的时基,就不用重新去创建一个硬件定时器了。

/**
 * @brief This function handles System tick timer.
 */
void SysTick_Handler(void)
{
   /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 0 */
   timer_ticks();
   /* USER CODE END SysTick_IRQn 0 */
   HAL_IncTick();
   /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 1 */

   /* USER CODE END SysTick_IRQn 1 */
}

4、程序编译与固件生成

生成固件



选择调试和下载器,这里是st-link

选择下载程序后复位,如果不选择则需要按开发板上的硬件复位。

编译成功后直接点击下载

5、程序执行(看串口调试助手)


实验成功!

四、multi_timer设计思想

所谓有道是知其然而知所以然,这么优秀的作品,我们有必要来了解一下:

4.1 multi_timer的数据结构及参数含义

typedef struct Timer
{
   uint32_t timeout;
   uint32_t repeat;
   void (*timeout_cb)(void);
   struct Timer* next;
} Timer;

参数含义:

参数 含义
timeout 定时时间(ms)
repeat 循环定时触发时间
timeout_cb 定时器回调处理函数
next 指向下一个定时器节点

4.2 multi_timer的函数解析

程序文件里的全局变量:

//timer handle list head.
static struct Timer* head_handle = NULL;

//Timer ticks
static uint32_t _timer_ticks = 0;

4.2.1 定时时基触发:timer_ticks

/**
 * @brief  background ticks, timer repeat invoking interval 1ms.
 * @param  None.
 * @retval None.
 */
void timer_ticks()
{
   _timer_ticks++;
}

这个函数的功能主要是产生计数,而产生计数一定要有另外一个介质去驱动它运行。

4.2.2 定时器初始化:timer_init

//Timer ticks
static uint32_t _timer_ticks = 0;

/**
 * @brief  Initializes the timer struct handle.
 * @param  handle: the timer handle strcut.
 * @param  timeout_cb: timeout callback.
 * @param  repeat: repeat interval time.
 * @retval None
 */
void timer_init(struct Timer* handle, void(*timeout_cb)(), uint32_t timeout, uint32_t repeat)
{
   handle->timeout_cb = timeout_cb;
   handle->timeout = _timer_ticks + timeout;
   handle->repeat = repeat;
}

初始化主要是给结构体参数进行赋值操作,首先要确定是哪个结构体成员,由handle参数确定,当定时时间到了要做什么事情,由timeout_cb(定时器回调处理函数)参数确定,定时时间多长才会触发所谓的事情,由timeout(定时时间)参数确定,如果这个功能需要重复触发,我们就需要给repeat(循环定时触发时间)参数()指定。

4.2.3 定时器启动:timer_start

/**
 * @brief  Start the timer work, add the handle into work list.
 * @param  btn: target handle strcut.
 * @retval 0: succeed. -1: already exist.
 */
int timer_start(struct Timer* handle)
{
   struct Timer* target = head_handle;

   while(target)
   {
       if(target == handle) return -1; //already exist.

       target = target->next;
   }

   handle->next = head_handle;
   head_handle = handle;
   return 0;
}

这里将定时器句柄添加到链表里进行保存,循环指向链表的下一个节点去添加定时器节点,如果发现是同一个定时器句柄,则直接返回-1,表示当前添加句柄不合法。

4.2.4 定时器停止:timer_stop

/**
 * @brief  Stop the timer work, remove the handle off work list.
 * @param  handle: target handle strcut.
 * @retval None
 */
void timer_stop(struct Timer* handle)
{
   struct Timer** curr;

   for(curr = &head_handle; *curr; )
   {
       struct Timer* entry = *curr;

       if (entry == handle)
       {
           *curr = entry->next;
       }
       else
           curr = &entry->next;
   }
}

这里非常巧妙的使用了一个二级指针curr,指向了对应定时器句柄的地址,通过循环遍历,找到对应的句柄后将其删除。

4.2.5 定时器循环调用后台处理:timer_loop

/**
 * @brief  main loop.
 * @param  None.
 * @retval None
 */
void timer_loop()
{
   struct Timer* target;

   for(target = head_handle; target; target = target->next)
   {
       if(_timer_ticks >= target->timeout)
       {
           if(target->repeat == 0)
           {
               timer_stop(target);
           }
           else
           {
               target->timeout = _timer_ticks + target->repeat;
           }

           target->timeout_cb();
       }
   }
}

这个函数实现非常简单,就是通过不断遍历链表各个节点,判断是否到达定时时间(timeout参数),如果到达了定时时间,没有指定循环定时触发时间(repeat参数)的时候,这时就会把当前定时器句柄给移除,如果指定了循环定时触发时间(repeat参数),则定时时间会被重新赋值,直到下一个定时到来,接下来会一直循环触发。

不得不说,这真是一个良好的程序设计,值得学习和应用,针对作者这样的思想,还可以衍生出更多的开源项目。

实践工程下载

链接:https://pan.baidu.com/s/1xwCnkMDnwjPTrKd8ulw58w
提取码:eo5y
复制这段内容后打开百度网盘手机App,操作更方便哦

注意:

大部分朋友的电脑都同时装了Keil5和Keil4,不小心操作有时打开Keil4工程会卡死,解决方法如下:

将下面这个文件删除,再重新打开就不会了。

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