做嵌入式這些年我上手過不少廠商的微控制器。如果讓我給剛?cè)胄械呐笥淹扑]一款既能用來打基礎(chǔ)、又能真正干活的芯片TITexas Instruments的TM4C系列絕對(duì)排得上前三。這顆基于ARM Cortex-M4F內(nèi)核的微控制器在高校單片機(jī)課程、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、工業(yè)控制和電機(jī)驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目里出鏡率極高。這篇文章我就以TM4C微控制器為主線從芯片定位、開發(fā)環(huán)境、底層原理到點(diǎn)燈、串口、定時(shí)器和ADC的具體實(shí)操完整過一遍我自己的入門經(jīng)驗(yàn)。1. TM4C入門先搞清楚這顆芯片到底是什么1.1 系列定位與核心架構(gòu)TM4C是TI Tiva C系列微控制器的核心系列。名字里“Tiva”是產(chǎn)品線標(biāo)識(shí)C代表Cortex-M內(nèi)核。它和更早的Stellaris LM3S系列有很深的血緣關(guān)系很多外設(shè)寄存器的設(shè)計(jì)思路一脈相承。如果你用過LM3S再來看TM4C會(huì)相當(dāng)親切如果你完全沒接觸過TI的MCU也沒關(guān)系TM4C本身就是一個(gè)非常適合從頭理解微控制器工作的平臺(tái)。TM4C系列有幾個(gè)很硬核的特征內(nèi)核是ARM Cortex-M4F也就是帶硬件浮點(diǎn)單元FPU的Cortex-M4。主頻常見的是80MHz部分型號(hào)比如TM4C129x可以跑到120MHz。浮點(diǎn)單元意味著做PID控制、FFT、卡爾曼濾波時(shí)可以直接用float計(jì)算不用靠軟件浮點(diǎn)庫慢慢磨。內(nèi)置Flash和SRAM的容量挺大方。以TM4C1294NCPDT為例有1MB Flash和256KB SRAM中小型項(xiàng)目基本不用考慮外擴(kuò)存儲(chǔ)這對(duì)剛上手的人來說省了很多事。外設(shè)相當(dāng)齊全12位ADC、PWM、定時(shí)器、UART、SPI、I2C、USB、CAN、以太網(wǎng)MAC加PHY不同型號(hào)組合不同?；旧夏愦髮W(xué)四年、競(jìng)賽兩年用到的外設(shè)這塊芯片都有。芯片ROM里預(yù)燒錄了TivaWare庫的全部函數(shù)調(diào)用庫函數(shù)可以完全不占Flash空間。這個(gè)設(shè)計(jì)非常有意思后面我單獨(dú)講。板載ICDI調(diào)試接口LaunchPad評(píng)估板上一根USB線就能供電、下載、調(diào)試不需要額外買調(diào)試器。對(duì)于學(xué)習(xí)來說Cortex-M4F是ARM生態(tài)里一個(gè)非常舒服的檔位比M0/M0功能全有浮點(diǎn)有DSP指令又不至于像M7或A系列那樣復(fù)雜到勸退。TM4C的寄存器設(shè)計(jì)比STM32“原始”一些但恰恰因?yàn)樵挤炊菀桌斫馕⒖刂破鞯谋举|(zhì)——你看到的每一個(gè)操作幾乎都能在芯片手冊(cè)里找到對(duì)應(yīng)的寄存器位沒有太多隱藏的魔法。1.2 常見型號(hào)怎么選很多朋友第一次接觸TM4C會(huì)糾結(jié)買哪塊板子、選哪個(gè)型號(hào)。我的建議是如果只買一塊直接買TM4C123GXL LaunchPad也就是EK-TM4C123GXL。這塊板子便宜、資料多、教程多社區(qū)里隨便一搜就是幾千個(gè)案例非常適合起步。我整理了一個(gè)常見型號(hào)對(duì)比表方便你按項(xiàng)目需求選型號(hào)內(nèi)核/主頻Flash / SRAM特色外設(shè)典型用途TM4C123GH6PMCortex-M4F 80MHz256KB / 32KBUSB 2.0、CAN、PWM、ADC學(xué)習(xí)入門、電子競(jìng)賽、中小型控制TM4C123GXLLaunchPad同上同上板載ICDI調(diào)試器、RGB LED、按鍵入門首選評(píng)估板TM4C1294NCPDTCortex-M4F 120MHz1MB / 256KB以太網(wǎng)、USB、CAN、QEI物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、復(fù)雜控制TM4C129XNCZADCortex-M4F 120MHz1MB / 256KB外設(shè)更全、BGA封裝工業(yè)控制、復(fù)雜原型驗(yàn)證這里面有個(gè)小細(xì)節(jié)TM4C123GH6PM和TM4C123GXL用的其實(shí)是同一顆芯片只是LaunchPad板子上已經(jīng)幫你把最小系統(tǒng)、調(diào)試器和幾個(gè)常用外設(shè)都做好了。如果你打算自己畫PCB可以買裸芯片或核心板如果主要目的是學(xué)習(xí)和快速驗(yàn)證LaunchPad省心太多。1.3 它到底能干些什么說幾個(gè)TM4C最常見的落地場(chǎng)景電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的控制題。電機(jī)驅(qū)動(dòng)用PWM加QEI編碼器接口傳感器采集用ADC和I2C數(shù)據(jù)顯示可以用SPI屏或UART傳到上位機(jī)這套組合幾乎能覆蓋大多數(shù)控制類題目。學(xué)習(xí)ARM體系結(jié)構(gòu)和嵌入式裸機(jī)編程。TI的Datasheet和TRMTechnical Reference Manual寫得非常詳細(xì)寄存器描述比很多MCU清楚適合認(rèn)真讀手冊(cè)的人。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。TM4C129x帶以太網(wǎng)和CAN適合做工業(yè)協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集終端入門到進(jìn)階的空間很大。機(jī)器人小車、飛控、平衡車等DIY項(xiàng)目。這些項(xiàng)目天然需要PWM、定時(shí)器中斷、姿態(tài)解算TM4C的浮點(diǎn)運(yùn)算能力剛好夠用。如果你只是想學(xué)“單片機(jī)編程”本身TM4C可能不是最流行的選擇但它絕對(duì)是最能讓你看清底層原理的選擇之一。2. 開發(fā)環(huán)境搭建與工具鏈選型2.1 硬件準(zhǔn)備別踩坑硬件方面我建議入手EK-TM4C123GXL LaunchPad。這塊板子自帶ICDI調(diào)試器板上還集成了RGB LED、兩個(gè)按鍵、一個(gè)溫度傳感器還有一個(gè)可用于USB Device測(cè)試的micro USB口。你只需要一根USB線連電腦驅(qū)動(dòng)裝好就能開始寫代碼。如果你以后做項(xiàng)目要自己畫板需要注意幾個(gè)硬件細(xì)節(jié)TM4C123的GPIO耐壓是5V兼容的但很多外設(shè)模塊不是。接外部傳感器時(shí)最好先確認(rèn)電平邏輯別直接把12V或24V信號(hào)懟到引腳上。電源設(shè)計(jì)上LaunchPad可以通過USB供電也可以從板上5V引腳輸入。自己畫板時(shí)LDO選型要注意壓差和紋波TM4C的模擬部分對(duì)電源質(zhì)量比較敏感。復(fù)位電路和晶振電路要按手冊(cè)推薦畫。TM4C123外部晶振推薦16MHz但如果你不用PLL直接用內(nèi)部16MHz PIOSC也能跑只是精度一般。如果想做以太網(wǎng)相關(guān)項(xiàng)目可以買帶以太網(wǎng)的TM4C129x LaunchPad或者直接上DK-TM4C129X開發(fā)套件。后者接口更全適合做評(píng)估原型。2.2 開發(fā)工具怎么選TM4C支持的開發(fā)工具非常多這是TI生態(tài)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。我整理一下主流選擇CCSCode Composer Studio是TI官方IDE基于Eclipse內(nèi)置TI編譯器、調(diào)試器、圖形化外設(shè)配置工具。優(yōu)點(diǎn)是和TI芯片無縫配合缺點(diǎn)是IDE比較重啟動(dòng)慢。Keil MDK國內(nèi)單片機(jī)圈子用得非常廣泛ARMCC編譯器優(yōu)化好調(diào)試體驗(yàn)流暢。TM4C的器件支持包DFP直接可以在Keil的Pack Installer里裝非常方便。IAR工業(yè)界口碑很好代碼密度高調(diào)試能力強(qiáng)但收費(fèi)適合做商業(yè)項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)。GCC加VS Code加OpenOCD開源路線可以在VS Code里寫代碼、用CMake管理工程、用OpenOCD調(diào)用ICDI調(diào)試。適合已經(jīng)有一定基礎(chǔ)、想脫離IDE束縛的人。我的個(gè)人建議如果你是新手不要糾結(jié)工具鏈直接裝Keil MDK或者CCS二選一就行。環(huán)境越復(fù)雜越容易把人勸退。等你把TivaWare庫用熟練了工程結(jié)構(gòu)和編譯流程都清楚了再考慮GCC那套也不遲。有件事特別值得說TI在模型化開發(fā)Model-Based Design方向上投入很大MATLAB/Simulink生態(tài)里針對(duì)TI的多款處理器都有支持比如大家可能聽過的embedded coder support package for texas instruments c2000 processors就是專門給C2000系列處理器做代碼生成用的。雖然C2000和TM4C不是同一個(gè)系列但這說明TI整套MCU工具鏈在模型化開發(fā)上是有布局的。以后你想從手寫代碼切到Simulink自動(dòng)生成驅(qū)動(dòng)或者想讓算法模型直接落到芯片上這條路是通的。2.3 TivaWare SDK到底是個(gè)什么東西TivaWare早期叫StellarisWare是TI為TM4C系列提供的完整軟件開發(fā)套件。它包含的東西非常多driverlib驅(qū)動(dòng)庫源碼用C語言封裝了GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、PWM、定時(shí)器、USB、CAN等幾乎所有外設(shè)的操作。examples官方例程覆蓋每個(gè)外設(shè)的基礎(chǔ)用法很多可以直接改改就用。third_party第三方組件里面有FreeRTOS、FatFS等。utils一些實(shí)用工具函數(shù)比如環(huán)形緩沖、軟件定時(shí)器、命令行解釋器。grlib圖形庫做屏幕顯示用的。driverlib非常值得靜下心讀。它不是那種封裝到“你根本不知道底層發(fā)生了什么”的庫而是只做了一層很薄的寄存器操作封裝。比如你要配置一個(gè)引腳為GPIO輸出調(diào)用GPIOPinTypeGPIOOutput點(diǎn)進(jìn)去看源碼你會(huì)看到它在操作GPIODIR、GPIOAFSEL、GPIODEN等寄存器。這樣你既享受了API的便利又能隨時(shí)深入到底層。TivaWare還有個(gè)特色功能芯片ROM里預(yù)燒錄了一份TivaWare庫。你用到的驅(qū)動(dòng)函數(shù)如果鏈接腳本配置了ROM調(diào)用程序會(huì)直接從芯片ROM里的函數(shù)地址跳轉(zhuǎn)執(zhí)行不占Flash空間。這在Flash緊張的復(fù)雜項(xiàng)目里幫助很大。具體使用方式是在代碼里包含rom.h然后把API調(diào)用改成ROM_GPIOPinWrite這類形式。3. 核心細(xì)節(jié)解析時(shí)鐘、中斷與片上外設(shè)的底層原理3.1 時(shí)鐘系統(tǒng)為什么說這是新手第一道坎TM4C的時(shí)鐘系統(tǒng)不算特別復(fù)雜但你要是沒搞懂很容易出現(xiàn)“代碼明明看著沒問題外設(shè)就是不工作”的情況。時(shí)鐘配錯(cuò)外設(shè)的波特率、PWM頻率、定時(shí)時(shí)間全都會(huì)亂掉。TM4C的時(shí)鐘源主要有四個(gè)PIOSC內(nèi)部16MHz振蕩器上電后默認(rèn)的時(shí)鐘源精度一般但勝在不需要外部晶振就能跑。Main OscillatorMOSC外部晶振輸入常見16MHz、25MHz、8MHz精度高適合對(duì)通信時(shí)序要求高的場(chǎng)景。內(nèi)部低頻振蕩器LFIOSC內(nèi)部30kHz左右適合低功耗休眠場(chǎng)景。Hibernation模塊時(shí)鐘由休眠模塊的32.768kHz晶振提供用于RTC喚醒等。如果只是簡單點(diǎn)亮LED不配PLL完全沒問題系統(tǒng)時(shí)鐘直接用PIOSC或MOSC就行。但如果要跑滿80MHz就必須經(jīng)過PLL。TM4C123的PLL典型配置是外部16MHz晶振經(jīng)分頻后進(jìn)入PLL倍頻到400MHz的VCO輸出再經(jīng)過分頻得到系統(tǒng)時(shí)鐘。TivaWare例程里常見的SystemClockSet一行代碼SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_5 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_XTAL_16MHZ | SYSCTL_OSC_MAIN);意思是用外部主振蕩器16MHz晶振啟用PLL系統(tǒng)分頻系數(shù)為5最終系統(tǒng)時(shí)鐘400MHz / 5 80MHz。這里面的每一個(gè)宏都對(duì)應(yīng)著寄存器位如果你自己手動(dòng)配寄存器過程要繁瑣不少但理解之后會(huì)對(duì)“時(shí)鐘樹”這個(gè)概念有更深的體會(huì)。還有一點(diǎn)特別容易忽略TM4C的每個(gè)外設(shè)都有自己的時(shí)鐘門控你要使用某個(gè)外設(shè)必須在RCGCGPIO、RCGCUART、RCGCADC這類寄存器里把對(duì)應(yīng)位打開。這一步不做后續(xù)所有寄存器讀寫都是無效的而且調(diào)試時(shí)很難往寄存器方向懷疑。這是從51單片機(jī)跳過來的人最容易踩的坑。3.2 中斷系統(tǒng)與優(yōu)先級(jí)TM4C的中斷控制器是ARM標(biāo)準(zhǔn)的NVIC使用起來比STM32簡單沒有太多花哨的嵌套分組但你仍然需要知道兩件事外設(shè)中斷和內(nèi)核異常。外設(shè)中斷GPIO、UART、Timer等都有固定的中斷號(hào)配置流程是外設(shè)產(chǎn)生中斷事件在中斷狀態(tài)寄存器里標(biāo)志置位然后通過NVIC的EN寄存器使能對(duì)應(yīng)中斷號(hào)CPU收到中斷后跳轉(zhuǎn)到啟動(dòng)文件里寫好的中斷服務(wù)函數(shù)。你要關(guān)注的是函數(shù)名必須和啟動(dòng)文件里的名字完全一致否則鏈接時(shí)用到的符號(hào)對(duì)不上程序就會(huì)跑飛。內(nèi)核異常里SysTick是我們最常用的。SysTick是Cortex-M內(nèi)核自帶的24位遞減計(jì)數(shù)器可以配置為系統(tǒng)時(shí)鐘或外部參考時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)溢出時(shí)觸發(fā)SysTick_Handler。它最適合做系統(tǒng)時(shí)基可以在中斷里維護(hù)一個(gè)毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)的tick計(jì)數(shù)這樣主循環(huán)里就不用delay阻塞了。中斷優(yōu)先級(jí)方面Cortex-M4F支持可編程優(yōu)先級(jí)。TM4C默認(rèn)是4位優(yōu)先級(jí)可以配置搶占優(yōu)先級(jí)和子優(yōu)先級(jí)。如果多個(gè)中斷嵌套你要在NVIC_SetPriority里合理分配優(yōu)先級(jí)尤其是電機(jī)控制和通信類任務(wù)混在一起時(shí)優(yōu)先級(jí)設(shè)錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致實(shí)時(shí)性崩掉。3.3 外設(shè)時(shí)鐘門控與低功耗TM4C的每個(gè)外設(shè)模塊都有獨(dú)立的時(shí)鐘門控這種設(shè)計(jì)主要是為了低功耗。你不需要用的外設(shè)時(shí)鐘和電源都可以保持關(guān)閉這樣可以降低系統(tǒng)整體功耗。時(shí)鐘門控的寄存器主要以RCGCRun mode clock gating系列出現(xiàn)比如RCGCGPIO、RCGCUART、RCGCADC。這個(gè)名字的英文全稱是Run Mode Clock Gating Control什么意思呢就是在正常運(yùn)行模式下你要給某個(gè)外設(shè)提供時(shí)鐘就必須在對(duì)應(yīng)的RCGC寄存器里寫1。與之對(duì)應(yīng)的還有SCGCSleep mode和DCGCDeep Sleep mode系列用于低功耗模式的時(shí)鐘管理。實(shí)操中我建議每次新建工程后先把要用到的外設(shè)時(shí)鐘門控全部打開再用SysCtlClockGet()打印或調(diào)試查看實(shí)際系統(tǒng)時(shí)鐘頻率確保時(shí)鐘和預(yù)期一致再往下寫外設(shè)配置代碼。這樣能避免大量“查了半天發(fā)現(xiàn)是時(shí)鐘沒開”的無效調(diào)試。4. 實(shí)操15分鐘點(diǎn)亮LED并跑到串口4.1 點(diǎn)亮LaunchPad板載LED先做一個(gè)最簡單的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)亮EK-TM4C123GXL板載RGB LED。板子上三色LED分別連接到PF1紅、PF2藍(lán)、PF3綠。高電平點(diǎn)亮。在寫代碼之前先理清楚GPIO配置的四個(gè)基本步驟打開GPIO端口時(shí)鐘SYSCTL-RCGCGPIO對(duì)應(yīng)位置位。配置引腳方向GPIODIR寄存器1為輸出0為輸入。配置引腳功能GPIOAFSEL寄存器將引腳設(shè)置為GPIO功能而不是外設(shè)功能。使能數(shù)字IOGPIODEN寄存器。用寄存器方式寫代碼長這樣#include TM4C123.h void simple_delay(int ms) { unsigned long i; while (ms--) { for (i 0; i 4000; i) {} } } int main(void) { SYSCTL-RCGCGPIO | (1U 5); // 打開GPIOF時(shí)鐘 GPIOF-DIR | (1U 1) | (1U 2) | (1U 3); // PF1/PF2/PF3設(shè)為輸出 GPIOF-DEN | (1U 1) | (1U 2) | (1U 3); // 使能數(shù)字功能 while (1) { GPIOF-DATA | (1U 1); // PF1輸出高電平紅燈亮 simple_delay(500); GPIOF-DATA ~(1U 1); // PF1輸出低電平紅燈滅 simple_delay(500); } }這里我用了寄存器直接操作你可能會(huì)問為什么要用寄存器而不是直接用TivaWare庫函數(shù)我的想法是點(diǎn)燈是最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)通過寄存器操作能讓你把引腳配置的每一步都看清。等你明白了原理再用TivaWare庫函數(shù)寫會(huì)非常輕松#include tm4c123gh6pm.h #include driverlib/sysctl.h #include driverlib/gpio.h int main(void) { SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_5 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_XTAL_16MHZ | SYSCTL_OSC_MAIN); SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOF); GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3); while (1) { GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_1); SysCtlDelay(4000000); GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1, 0); SysCtlDelay(4000000); } }注意SysCtlDelay不是精確延時(shí)它只是“消耗一定數(shù)量的指令周期”。如果你的項(xiàng)目對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格后面要用定時(shí)器或SysTick做精確延時(shí)。4.2 配置串口打印“Hello from TM4C”點(diǎn)燈后會(huì)想看看芯片到底在干什么串口是最方便的觀察窗口。EK-TM4C123GXL板載ICDI自帶USB轉(zhuǎn)串口功能PA0和PA1連接到了ICDI你只要在PC上打開串口助手選擇對(duì)應(yīng)COM口就能看到TM4C的輸出。UART配置步驟打開GPIOA和UART0外設(shè)時(shí)鐘。配置PA0為U0RX、PA1為U0TX功能這一步涉及GPIOAFSEL和GPIOPCTL。配置UART波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位。使能UART模塊。TivaWare庫寫起來很清楚#include driverlib/uart.h #include driverlib/gpio.h #include driverlib/sysctl.h #include driverlib/pin_map.h void UART0_Init(void) { SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA); SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART0); GPIOPinConfigure(GPIO_PA0_U0RX); GPIOPinConfigure(GPIO_PA1_U0TX); GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1); UARTConfigSetExpClk(UART0_BASE, SysCtlClockGet(), 115200, UART_CONFIG_WLEN_8 | UART_CONFIG_STOP_ONE | UART_CONFIG_PAR_NONE); UARTEnable(UART0_BASE); } int fputc(int ch, FILE *f) { UARTCharPut(UART0_BASE, (unsigned char)ch); return ch; }配置完成后把fputc重定向到UART0然后用printf就能在串口工具里看到“Hello from TM4C”。你在用串口的時(shí)候遇到亂碼、沒輸出之類的問題優(yōu)先檢查兩件事系統(tǒng)時(shí)鐘配置有沒有問題波特率匹配不匹配。這兩個(gè)點(diǎn)占了串口問題的八成。5. 定時(shí)器、PWM與中斷的進(jìn)階用法5.1 SysTick精確延時(shí)與系統(tǒng)tickSysTick是Cortex-M內(nèi)核自帶的24位遞減計(jì)數(shù)器絕大多數(shù)ARM MCU都有它。TM4C里SysTick的上限是2的24次方減1在80MHz系統(tǒng)時(shí)鐘下最大只能數(shù)約0.21秒。所以做長時(shí)間延時(shí)通常要讓SysTick在溢出時(shí)觸發(fā)中斷在中斷里維護(hù)一個(gè)32位或更寬的計(jì)數(shù)變量。實(shí)現(xiàn)思路volatile uint32_t g_tick_count 0; void SysTick_Handler(void) { g_tick_count; } void SysTick_Init(void) { SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000); // 1ms觸發(fā)一次中斷 } void delay_ms(uint32_t ms) { uint32_t start g_tick_count; while ((g_tick_count - start) ms) {} }注意這里用了無符號(hào)減法來判斷時(shí)間差即使g_tick_count發(fā)生回繞只要時(shí)間差小于2的32次方依然能正確計(jì)算。這是嵌入式里非常常見的技巧避免了溢出導(dǎo)致的死循環(huán)。SysTick的用處遠(yuǎn)不止延時(shí)。在實(shí)際項(xiàng)目中我會(huì)在SysTick_Handler里調(diào)用一個(gè)軟件定時(shí)器管理函數(shù)所有模塊的周期性任務(wù)都掛在上面比如每10ms讀一次傳感器、每50ms刷新一次OLED、每100ms更新一次狀態(tài)機(jī)。這樣主循環(huán)只做非阻塞的事件處理實(shí)時(shí)性會(huì)更好。5.2 PWM輸出給電機(jī)和舵機(jī)打基礎(chǔ)PWM幾乎是控制類項(xiàng)目的剛需。TM4C的PWM模塊功能很強(qiáng)可以產(chǎn)生多路獨(dú)立PWM支持死區(qū)插入、故障保護(hù)、同步更新尤其適合電機(jī)驅(qū)動(dòng)。TM4C的PWM模塊結(jié)構(gòu)是PWM發(fā)生器PWM Generator產(chǎn)生波形輸出到PWM輸出引腳。每個(gè)PWM發(fā)生器可以產(chǎn)生兩路PWM并且支持上下計(jì)數(shù)、先高后低、先低后高等模式。要輸出PWM基本步驟是配置PWM模塊時(shí)鐘分頻。打開PWM模塊和對(duì)應(yīng)GPIO端口時(shí)鐘。把GPIO引腳復(fù)用為PWM功能。配置PWM發(fā)生器的計(jì)數(shù)模式、周期和脈寬。使能PWM輸出。以PB6引腳輸出PWM0為例TivaWare代碼如下SysCtlPWMClockSet(SYSCTL_PWMDIV_1); SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_PWM0); SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOB); GPIOPinConfigure(GPIO_PB6_M0PWM0); GPIOPinTypePWM(GPIO_PORTB_BASE, GPIO_PIN_6); PWMGenConfigure(PWM0_BASE, PWM_GEN_0, PWM_GEN_MODE_UP_DOWN | PWM_GEN_MODE_NO_SYNC); PWMGenPeriodSet(PWM0_BASE, PWM_GEN_0, period); PWMPulseWidthSet(PWM0_BASE, PWM_GEN_0, pulse); PWMOutputState(PWM0_BASE, PWM_OUT_0_BIT, true); PWMGenEnable(PWM0_BASE, PWM_GEN_0);這里的period和pulse都是計(jì)數(shù)器的值不是時(shí)間。如果你要在20ms周期、1.5ms脈寬的舵機(jī)控制信號(hào)先算出20ms對(duì)應(yīng)多少個(gè)PWM時(shí)鐘周期再算出1.5ms對(duì)應(yīng)多少個(gè)脈沖寬度然后把這兩個(gè)值填進(jìn)去。PWM時(shí)鐘頻率越高分辨率越細(xì)但計(jì)數(shù)周期不能超過16位計(jì)數(shù)器上限這個(gè)平衡要在項(xiàng)目里實(shí)際算一下。5.3 中斷函數(shù)的命名與臨界區(qū)保護(hù)TM4C的啟動(dòng)文件里已經(jīng)定義好了所有中斷服務(wù)函數(shù)的名稱比如GPIOF_Handler、UART0_Handler、Timer0A_Handler、SysTick_Handler。你寫代碼時(shí)函數(shù)名必須和這些名字完全一致否則中斷觸發(fā)時(shí)CPU找不到處理函數(shù)程序直接跑飛進(jìn)Default_Handler。中斷處理還有一個(gè)容易忽略的問題臨界區(qū)保護(hù)。如果在主循環(huán)里讀一個(gè)“由中斷更新的變量”而這個(gè)變量是32位的在8位或16位總線上讀取時(shí)可能存在“讀到一半被中斷打斷”的競(jìng)態(tài)問題。TM4C的Cortex-M4F內(nèi)核支持32位單次讀但如果你操作的是結(jié)構(gòu)體或復(fù)合變量仍然要小心。常用做法是在進(jìn)入臨界區(qū)前關(guān)中斷退出前恢復(fù)中斷狀態(tài)。CMSIS里提供了__disable_irq()和__enable_irq()但更保險(xiǎn)的做法是用__get_PRIMASK()保存狀態(tài)防止在中斷已經(jīng)關(guān)閉時(shí)誤開啟中斷。6. 常見問題與踩坑記錄6.1 燒錄連接失敗這塊我見過太多人卡住了。TM4C LaunchPad燒錄失敗先檢查這幾項(xiàng)ICDI驅(qū)動(dòng)是否裝好。Windows下要裝Stellaris ICDI驅(qū)動(dòng)不裝的話設(shè)備管理器里只能看到未知設(shè)備。USB線是不是數(shù)據(jù)線。很多USB線只能充電不能傳數(shù)據(jù)插上后電腦毫無反應(yīng)尤其容易出現(xiàn)在用充電線湊合的時(shí)候。CCS或Keil里選擇的調(diào)試器是不是ICDI。如果選錯(cuò)成ST-Link或J-Link當(dāng)然連不上。板子是否被識(shí)別為兩個(gè)COM口。如果只識(shí)別出一個(gè)COM口可能驅(qū)動(dòng)有問題如果根本沒識(shí)別那大概率是USB線或板子供電問題。遇到燒錄失敗時(shí)我的排查順序是換USB口、換USB線、重裝驅(qū)動(dòng)、換臺(tái)電腦最后才懷疑板子壞了。這套流程我屢試不爽。6.2 Flash被鎖死怎么辦TM4C調(diào)試中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)Flash被鎖的情況典型癥狀是燒錄時(shí)報(bào)錯(cuò)提示“Could not initialize target”或“Target locked”。原因通常是代碼里把調(diào)試引腳SWD/JTAG復(fù)用成了GPIO或者配置了看門狗、低功耗模式導(dǎo)致調(diào)試口被關(guān)閉。解決辦法按住LaunchPad上的復(fù)位按鍵在點(diǎn)擊燒錄的瞬間松開復(fù)位鍵有時(shí)候能搶在代碼運(yùn)行前連上芯片。使用LM Flash Programmer選擇對(duì)應(yīng)的調(diào)試接口執(zhí)行“Unlock”或“Erase”操作擦除整片F(xiàn)lash后再重新燒錄。如果還是比較頑固把板子斷電短接調(diào)試接口的復(fù)位電容再重新上電能清掉異常狀態(tài)。絕對(duì)不要慌TM4C的Flash鎖死不是硬件損壞絕大多數(shù)情況都可以通過軟件方式恢復(fù)。6.3 串口亂碼的排查思路串口亂碼的根源基本都是波特率不匹配但導(dǎo)致波特率不匹配的原因可能有好幾種系統(tǒng)時(shí)鐘跑得和預(yù)期不一樣。比如你用PLL配了80MHz但晶振實(shí)際不是16MHz或者PLL配置參數(shù)寫錯(cuò)實(shí)際頻率可能是60MHz或75MHzUART的波特率自然就不準(zhǔn)。PC端串口助手的波特率設(shè)置和程序不一致。這個(gè)最好檢查。USB轉(zhuǎn)串口芯片的驅(qū)動(dòng)有問題或者串口助手的緩沖設(shè)置導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)位。排查方法先用邏輯分析儀或示波器抓TXD引腳波形看一個(gè)起始位加8個(gè)數(shù)據(jù)位的位寬從波形上算出實(shí)際波特率如果沒示波器就退而求其次把波特率降到9600試試低速下對(duì)誤差容忍度更高。6.4 常見問題速查表我把TM4C入門階段最常見的問題整理成一張表方便你對(duì)照排查現(xiàn)象可能原因處理方式LED不亮GPIO時(shí)鐘沒開、方向配置不對(duì)、數(shù)字功能沒使能檢查RCGCGPIO、GPIODIR、GPIODEN串口無輸出UART時(shí)鐘沒開、引腳復(fù)用沒配、波特率不對(duì)檢查RCGCUART、GPIOPCTL、UARTIBRD串口亂碼系統(tǒng)時(shí)鐘配置錯(cuò)誤、PC端波特率不匹配用邏輯分析儀抓波形打印實(shí)際SysCtlClockGet燒錄失敗ICDI驅(qū)動(dòng)問題、USB線是充電線、Flash鎖死重裝驅(qū)動(dòng)、換數(shù)據(jù)線、LM Flash Programmer解鎖中斷不執(zhí)行ISR函數(shù)名和啟動(dòng)文件不一致、NVIC沒使能對(duì)照startup文件名確認(rèn)NVIC_EN寄存器定時(shí)不準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)鐘不是預(yù)期值、延時(shí)函數(shù)依賴時(shí)鐘用SysTick或定時(shí)器做精確延時(shí)寫寄存器讀回全是0外設(shè)時(shí)鐘門控沒打開檢查對(duì)應(yīng)RCGC寄存器這張表是我踩了無數(shù)坑之后總結(jié)出來的。每次你調(diào)試遇到奇怪現(xiàn)象先別急著改邏輯代碼回到時(shí)鐘和外設(shè)配置上查一遍往往能省下兩三個(gè)小時(shí)。6.5 幾條獨(dú)家經(jīng)驗(yàn)最后分享幾個(gè)我自己的實(shí)操習(xí)慣可能對(duì)你有幫助第一新建工程的第一件事是配置系統(tǒng)時(shí)鐘并且用串口或調(diào)試器把SysCtlClockGet()的值打出來看一眼。時(shí)鐘錯(cuò)了后面全白搭。第二能用DriverLib庫就用DriverLib庫。它只是薄薄一層寄存器封裝不會(huì)讓你脫離底層又能省去反復(fù)翻手冊(cè)的時(shí)間。等你想深入時(shí)點(diǎn)進(jìn)源碼就能看到實(shí)現(xiàn)。第三每次改到時(shí)鐘樹或啟動(dòng)文件之前先備份一個(gè)能點(diǎn)燈的工程。出了問題能馬上回到原點(diǎn)而不是從一堆不熟悉的東西里排查。第四啟動(dòng)文件里的ISR名字絕對(duì)不要憑記憶敲全局搜索復(fù)制過來最保險(xiǎn)。拼錯(cuò)一個(gè)字母中斷就不會(huì)執(zhí)行而且編譯器還不會(huì)報(bào)錯(cuò)。第五不要一上來就折騰RTOS。先把裸機(jī)下的GPIO、UART、定時(shí)器、中斷、PWM、ADC玩熟再上FreeRTOS或TI-RTOS你會(huì)理解得深很多。RTOS不是萬能的它解決的是任務(wù)調(diào)度問題但你得先把每個(gè)外設(shè)本身調(diào)明白。7. 從入門到下一步還可以往哪走如果你已經(jīng)能熟練點(diǎn)亮LED、用串口打印、用定時(shí)器中斷控制任務(wù)節(jié)奏那TM4C的入門關(guān)了就算過了。接下來可以往幾個(gè)方向延伸跑RTOS。TI提供了TI-RTOS第三方也有FreeRTOS移植用TM4C跑多任務(wù)非常合適。此時(shí)你會(huì)開始接觸信號(hào)量、隊(duì)列、任務(wù)優(yōu)先級(jí)這些概念。接真實(shí)傳感器。用I2C讀取MPU6050六軸數(shù)據(jù)用SPI讀外部ADC或Flash用DMA做數(shù)據(jù)搬運(yùn)。這種組合能讓你的系統(tǒng)復(fù)雜度上一個(gè)臺(tái)階。做通信協(xié)議。CAN總線、以太網(wǎng)、USBTM4C都支持。做一個(gè)簡單的CAN收發(fā)節(jié)點(diǎn)或者用TM4C1294做以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集都是很實(shí)用的練手項(xiàng)目。嘗試MATLAB/Simulink模型化開發(fā)。TI生態(tài)對(duì)Simulink的支持做得不錯(cuò)從C2000系列處理器的嵌入式代碼生成支持包到Cortex-M系列的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程都有現(xiàn)成路徑。如果你以后想做更復(fù)雜的控制系統(tǒng)或信號(hào)處理算法這條路值得提前了解。我自己玩TM4C的過程其實(shí)是慢慢“變懶”的過程一開始什么都要自己寫寄存器后來用DriverLib再后來開始用仿真器看波形用邏輯分析儀驗(yàn)證時(shí)序。每前進(jìn)一步對(duì)芯片的理解就更深一層。TM4C不是性能最強(qiáng)的MCU但它是一塊非常適合把基礎(chǔ)打扎實(shí)的芯片。最后再提醒一句不管網(wǎng)上教程多全一定要自己動(dòng)手寫、動(dòng)手調(diào)?？创a和寫出能跑的代碼中間差的不是智商是調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。TM4C的資料和社區(qū)支持都很豐富遇到問題多查手冊(cè)、多搜索、多試入門這一關(guān)很快就能過。