路由網(wǎng)單片機(jī)捕獲微秒級(jí)時(shí)間，需要利用其內(nèi)部的高精度定時(shí)器。這并非易事，需要仔細(xì)配置硬件和軟件，并考慮可能出現(xiàn)的誤差。
我曾經(jīng)在一個(gè)項(xiàng)目中需要精確控制一個(gè)伺服電機(jī)的動(dòng)作，精度要求達(dá)到微秒級(jí)。當(dāng)時(shí)我選用了STM32單片機(jī)，它擁有多個(gè)高精度定時(shí)器，足以勝任這項(xiàng)任務(wù)。然而，初期配置并不順利。我一開(kāi)始嘗試使用定時(shí)器的中斷功能，希望在每個(gè)微秒中斷到來(lái)時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的操作。但結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，中斷處理的開(kāi)銷遠(yuǎn)超預(yù)期，導(dǎo)致時(shí)間精度大打折扣，甚至出現(xiàn)了明顯的抖動(dòng)。
問(wèn)題出在中斷處理的延時(shí)上。系統(tǒng)處理中斷需要時(shí)間，這部分時(shí)間是不可預(yù)測(cè)的，會(huì)受到其他任務(wù)的影響。因此，單純依靠中斷來(lái)計(jì)數(shù)微秒是不可靠的。
最終我改用了定時(shí)器捕獲模式。這個(gè)模式下，定時(shí)器會(huì)持續(xù)計(jì)數(shù)，當(dāng)一個(gè)外部事件（例如，一個(gè)脈沖信號(hào)）到來(lái)時(shí)，定時(shí)器會(huì)記錄下當(dāng)前計(jì)數(shù)器的值。通過(guò)讀取這個(gè)值，我們就能知道事件發(fā)生的精確時(shí)間。
具體的實(shí)現(xiàn)步驟如下：
- 選擇合適的定時(shí)器: 不同型號(hào)的單片機(jī)定時(shí)器精度不同，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的定時(shí)器，并查看其數(shù)據(jù)手冊(cè)，了解其最大計(jì)數(shù)頻率和分辨率。STM32的某些定時(shí)器可以達(dá)到微秒級(jí)甚至納秒級(jí)精度。
- 配置定時(shí)器工作模式: 將定時(shí)器設(shè)置為捕獲模式，并設(shè)置合適的預(yù)分頻系數(shù)。預(yù)分頻系數(shù)決定了定時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率。例如，如果單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘是72MHz，而定時(shí)器計(jì)數(shù)頻率需要1MHz，那么預(yù)分頻系數(shù)就需要設(shè)置為72。 這需要根據(jù)你的單片機(jī)時(shí)鐘頻率和目標(biāo)精度仔細(xì)計(jì)算。 錯(cuò)誤的預(yù)分頻設(shè)置會(huì)導(dǎo)致精度下降或計(jì)數(shù)溢出。
- 連接外部信號(hào): 將需要捕獲時(shí)間的外部信號(hào)連接到定時(shí)器的捕獲輸入引腳。 注意引腳的電平匹配，避免信號(hào)干擾。 我曾經(jīng)因?yàn)橐_電平不匹配，導(dǎo)致捕獲信號(hào)出現(xiàn)毛刺，影響了精度。 解決方法是添加一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路。
- 讀取捕獲值: 當(dāng)外部事件發(fā)生時(shí)，定時(shí)器會(huì)自動(dòng)記錄當(dāng)前計(jì)數(shù)器的值。通過(guò)讀取這個(gè)值，并結(jié)合定時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率，就可以計(jì)算出事件發(fā)生的精確時(shí)間。
- 處理溢出: 定時(shí)器的計(jì)數(shù)器是有上限的。當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，需要進(jìn)行相應(yīng)的處理，否則會(huì)造成時(shí)間計(jì)算錯(cuò)誤。 這通常需要在程序中添加溢出判斷和處理邏輯。
- 校準(zhǔn)誤差: 即使經(jīng)過(guò)精確的配置，仍然可能存在一些誤差。 這可能是由于時(shí)鐘頻率漂移或者其他因素導(dǎo)致的。 可以考慮定期校準(zhǔn)定時(shí)器，以提高精度。
總而言之，準(zhǔn)確捕獲微秒級(jí)時(shí)間需要對(duì)單片機(jī)的定時(shí)器有深入的了解，并仔細(xì)處理每一個(gè)細(xì)節(jié)。 切勿輕視硬件連接和軟件配置的任何一個(gè)步驟。 只有認(rèn)真對(duì)待每一個(gè)環(huán)節(jié)，才能確保最終的精度。 記住查閱你的單片機(jī)的數(shù)據(jù)手冊(cè)，它是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。
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