使用定時器來計算時間

??在電子琴這節中，我們已經講述了蜂鳴器的原理，知道如何用蜂鳴器演示不同音調的音樂，本節改進根據頻率計算周期的方法，改為定時器，精確度更高，且不再阻塞CPU。

??首先，我們不再把蜂鳴器的控制引腳PB1作為普通IO，而是作為定時器的通道。在IO的初始化中，不應當繼續操作PB1。通過查看數據手冊，可以知道，PB1可以作為定時器3的通道4。（當然也可以作為定時器1和定時器8的通道，只不過定時器1和8是高級定時器，用起來稍微復雜一點點）。

通道的概念類似于道路。

??然后編寫初始化函數。這段初始化函數可能比較復雜，我們暫時無需深究，只需要知道，這個定時器做了這么一件事情：

把原先這樣的代碼延時，交給了定時器自帶的功能來實現：

time_ON = F_us>>tvolum;

time_OFF = F_us - time_ON;

BEEP = 1;

delay_us(time_ON);

BEEP = 0;

delay_us(time_OFF);

??定時器的用法是單片機里的重點和難點，不用想得太復雜，他就是個表嘛，只不過，他不能直接告訴你過了多少時間，他只知道數了多少個數字，也知道數一個數字用多長時間，兩者結合，能算出過了多長時間。

??定時器3的初始化代碼

//beep.c

void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)

{  

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE);  

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //TIM_CH4

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //復用推挽輸出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO

   //初始化TIM3   

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設置在下一個更新事件裝入活動的自動重裝載寄存器周期的值

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //設置用來作為TIMx時鐘頻率除數的預分頻值

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //設置時鐘分割:TDTS = Tck_tim

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上計數模式

TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根據TIM_TimeBaseInitStruct中指定的參數初始化TIMx的時間基數單位

//初始化TIM3 Channel2 PWM模式

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //選擇定時器模式:TIM脈沖寬度調制模式2  每路產生

  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比較輸出使能

TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=0;

TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //輸出極性:TIM輸出比較極性，高低沒有區別

TIM_OC4Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根據T指定的參數初始化外設TIM3 OC4

TIM_OC4PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM3在CCR4上的預裝載寄存器

TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE);

TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIM3

}

??我們在主函數中調用這個中斷服務函數：

TIM3_PWM_Init(0xfffe,8); //蜂鳴器頻率定時器初始化

??自動重裝值決定什么時候定時器溢出，而分頻系數決定定時器自加的頻率，舉例來說，定時器就像捉迷藏游戲中，負責捉人的小朋友，他要計數，好讓大家躲起來。分頻系數決定數數字的快慢，自動重裝值決定數到幾。

關于定時器溢出的時間計算，有個公式：

Tout = ((arr+1)*(psc+1))/Tclk

Tout 是溢出時間

arr是自動重裝值，也可以稱為周期或計數值，捉迷藏要數到10，那么代表arr就是9。默認情況下arr要+1，代表即便參數是0，也不會誤操作。

psc就是分頻系數，決定捉迷藏數多快。這個數字越大，代表數的越慢。

Tclk代表輸入時鐘，我們采用的是72Mhz

??定時器本質上是一個不斷自加的計數器，只不過在自加的時候，能夠自動比較計數值跟某個設定值而已。定時器+1用時多少？

??1/72000000，單位是秒。

??我想讓數的慢一點，感覺72Mhz的時鐘太快了，想用36Mhz可以嗎？可以，2分頻就行，這是+1的操作用時

??2/72000000，

??數100個數字用時多少？

??100 * 2/72000000

??在初始化的時候，我們傳入的第一個參數是數多少個數字。第二個參數是數數字的速度。此處設置的頻率是72/9=8Mhz。兩個參數共同決定周期，由于第一個參數要根據頻率改變，所以初始化的時候并不關心。

根據頻率計算自動重裝值

??接下來需要一個函數，把頻率變為自動重裝值。溢出時間 = 自動重裝值+1/8000000，頻率是時間的倒數，音調與頻率有關，所以知道音調（頻率）以后，可用以下方法計算自動重裝值：

Autoreload=(8000000/usFraq)-1;  //頻率變為自動重裝值

??特別的，當音調是0的時候，不發出任何聲音。我們可以采取關閉定時器的方法來靜音，但是不方便。比較方便的方法就是設置比較值，當自動重裝值小于比較值的時候，引腳輸出高電平，否則，引腳輸出低電平。按理說，把比較值設置為0xffff，則無論如何自動重裝值都小于比較值就可以保持靜音了，不過實測，此時會有噪音，嘗試后發現，設置比較值為0的時候，可以靜音，且沒有噪音。可以調用庫函數設置比較值。在頻率很小或者大于20000時，人類都聽不到，此時可以靜音。

//beep.c

//蜂鳴器停止發聲

void buzzerQuiet(void)

{

TIM_SetCompare4(TIM3,0);

}

??在頻率小于122的時候，我們也認為應當靜音，是因為一方面，各音調的頻率都大于122；另一方面，自動重裝值最大是65535，此時對應的頻率就是122。

??我們已經知道，音量由占空比決定，根據頻率算出自動重裝值以后，把它右移（相當于除以2的倍數）若干位，可以調整音量。

//beep.c

//蜂鳴器發出聲音 

//usFreq即發聲頻率,volume_level是音量等級,1最高，到9幾乎就聽不到聲音了。

void buzzerSound(unsigned short usFraq,unsigned char volume_level)   //usFraq是發聲頻率，即真實世界一個音調的頻率。

{

unsigned long Autoreload;

if((usFraq<=122)||(usFraq>20000))

{

buzzerQuiet();

}

else

{

Autoreload=(8000000/usFraq)-1;  //頻率變為自動重裝值

TIM_SetAutoreload(TIM3,Autoreload);

TIM_SetCompare4(TIM3,Autoreload>>volume_level);   //音量  

}

}

??特別強調一點，比較值與自動重裝值比較大小，這個功能是定時器自帶的，不需要在中斷服務里比較。

主函數循環

??調用函數來演奏某個音樂是很簡單的。我們先在主函數中演奏兩只老虎的開頭。

//main.c

int main(void)

{

LED_Init();

KEY_Init();

delay_init();

initIIC();

initOLED();

TIM3_PWM_Init(0xfffe,8); //蜂鳴器頻率定時器初始化

while(1)

{

buzzerSound(CM1,volum);

delay_ms(250);

buzzerSound(CM2,volum);

delay_ms(250);

buzzerSound(CM3,volum);

delay_ms(250);

buzzerSound(CM1,volum);

delay_ms(250);

buzzerSound(0,volum);

delay_ms(250);

}

}

從簡譜到數組

??接下來我們嘗試用數組來儲存樂譜。我們要知道每個音符的音調和持續的時間，所以可以定義一個新的結構體：

typedef struct

{

short mName; //音名

short mTime; //時值，全音符，二分音符，四分音符

}tNote;

??然后我把兩只老虎的樂譜改寫如下：

const tNote AllBGM[]=

{

//兩只老虎  36  BEGIN_BGM

{CM1,TT/4},{CM2,TT/4},{CM3,TT/4},{CM1,TT/4},

{CM1,TT/4},{CM2,TT/4},{CM3,TT/4},{CM1,TT/4},

{CM3,TT/4},{CM4,TT/4},{CM5,TT/4},{0,TT/4},

{CM3,TT/4},{CM4,TT/4},{CM5,TT/4},{0,TT/4},

{CM5,TT/8},{CM6,TT/8},{CM5,TT/8},{CM4,TT/8},{CM3,TT/4},{CM1,TT/4},

{CM5,TT/8},{CM6,TT/8},{CM5,TT/8},{CM4,TT/8},{CM3,TT/4},{CM1,TT/4},

{CM1,TT/4},{CL5,TT/4},{CM1,TT/4},{0,TT/4},

{CM1,TT/4},{CL5,TT/4},{CM1,TT/4},{0,TT/4},

};

??我們采用C調，中間的那個音階，所有的音調都是CMx。每一小節都分4個音符，所以每個音符持續的時間都是某個常數的四分之一。這個常數我定義為TT，其實它與現實世界的沒有直接的對應關系，數字小一點，唱的就快一點。如果音符有個下劃線，那么持續的時間就是八分之一，再有個下劃線，時間就是十六分之一。

??用于演奏音樂的函數如下：

void musicPlay(int length,unsigned char volume_level)

{

u8 i=0;

while(i {

buzzerSound(AllBGM[i].mName,volume_level);

delay_ms(AllBGM[i].mTime);

i++;

}

}

??我傳入的參數是數組的長度與音量，其實應當傳入某個樂譜的指針，只是擔心指針與結構體一起用，容易懵逼，因此樂譜作為了全局的變量。然后主函數值調用這個播放函數就可以了。

while(1)

{

musicPlay(36,volum);

}