STM32F101-107 HAL Input filters цифровые фильтры на входах портов таймеров.

Назначение цифрового фильтра — это отделение помех от истинного сигнала на входе контроллера, например, возникающие при дребезге контактов. Многие пытаются реализовать такой фильтр аналоговым путём или программным, что усложняет схему устройства или программный код и замедляет работу контроллера. Разработчики ST позаботились об этой проблеме, создав на некоторых входах контроллера цифровые фильтры. Именно таймеры, у которых есть регистры Capture/Compare и вход TIMx_ETR, имеют на своих входах эти цифровые фильтры, назначение которых — пропускать сигнал не меньше определенной продолжительности для отфильтровки помех.

Ниже на схеме они выделены.

Эти фильтры довольно-таки сложные устройства, но принцип их работы прост: фильтр захватывает сигнал, и если он будет держаться нужное время на входе или более, то он пропустится дальше в контроллер. Поподробней о работе фильтра: фильтр состоит из двух счётчиков — это счётчик захвата сигнала и счётчик фильтра или подтверждение сигнала. Счётчик захвата должен отсчитать время присутствия высокого сигнала на входе для его генерации на выходе в дальнейшем, так как фильтр пропускает сигнал не в реальном времени, а с задержкой. Второй счётчик — это подтверждение, который отсчитывает время, меньше которого сигнал не должен пропускаться, если он видит, что сигнал на входе держится неизменно нужное время, то сигнал пропускается дальше в контроллер. Пропущенный сигнал после того, как пропадёт на входе, будет до восстановлен из счётчика захвата для его повторения с входным сигналом.

Ещё подробней показано ниже.

Что такое FDTS и TDTS!

FDTS(Frequency Device Tree Source)-частота источника тактирования.

TDTS(Time Device Tree Source)-продолжительность одного такта источника тактирования.

Источник тактирования здесь тод же что и у рассматриваемого таймера.

Фильтрация сигнала FDTS/2 и N=6 для входа TIMx_CH1.

Пример расчёта продолжительности сигнала для счётчика фильтра.

1.Тактирование таймера 8MHz это будет 1 / 8000000 = 125 наносекунд.

2.TDTS TIMx_CR1 CKD[1:0]=’01′ или htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV2; значит 125 наносекунды * 2 = 250 наносекунд.

3.TIMx_CCMR1 IC1F[3:0]=’0100′ или sConfig.IC1Filter = 4; находим параметр ниже в таблице 0100: fSAMPLING=fDTS/2, N=6 вычисляем 250 наносекунд * 2 * 6 = 3 микросекунды, сигнал меньше этой продолжительности не буде пропускаться фильтром.

Пример настройки входного фильтра.

Описание функций и параметров настройки фильтров находятся в статье.

STM32F101-107 HAL Encoder timer настройка таймера контроллера для работы с механическим-инкрементальным энкодером.

Пример настройки таймера и фильтров.

static void MX_TIM2_Init(void){
  TIM_Encoder_InitTypeDef sConfig = {0};

  htim2.Instance = TIM2;
  /*Устанавливаем предделитель /2, одна риска один отсчёт*/
  htim2.Init.Prescaler = 1;
  htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  /*Устанавливаем ограничение счёта до 15*/
  htim2.Init.Period = 14;
  /*Устанавливаем масимальный делитель для входных фильтров*/
  htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV2;
  htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
  sConfig.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI1;
  sConfig.IC1Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
  sConfig.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
  sConfig.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  /*Устанавливаем максимально продолжительный сигнал для входного фильтра входа 1*/
  sConfig.IC1Filter = 4;
  sConfig.IC2Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
  sConfig.IC2Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
  sConfig.IC2Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  /*Устанавливаем максимально продолжительный сигнал для входного фильтра входа 2*/
  sConfig.IC2Filter = 4;
   HAL_TIM_Encoder_Init(&htim2, &sConfig);
}

htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV2 - делитель(на рисунке выше строка TDTS TIMx_CR1 CKD[1:0]=’01′) для всех фильтров таймера входы Capture/Compare и вход TIMx_ETR, за это отвечает регистр TIMx_CR1 биты CKD.

Варианты
.Init.ClockDivision = 
TIM_CLOCKDIVISION_DIV1
TIM_CLOCKDIVISION_DIV2
TIM_CLOCKDIVISION_DIV4

sConfig.IC1Filter = 4 и sConfig.IC2Filter = 4 - установка делителя для счётчика времени подтверждения(рисунок выше строка TIMx_CCMR1 IC1F[3:0]=’0100′) и продолжительность N времени подтверждения сигнала(на рисунке выше строка Счётчик фильтра N=6), настраиваются в регистре TIMx_CCMR1 биты IC1F и IC2F. Для sConfig.IC3Filter, sConfig.IC4Filter регистр TIMx_CCMR2 биты IC3F и IC4F.

Варианты для входов Capture/Compare
sConfig.IC1Filter, sConfig.IC2Filter, sConfig.IC3Filter и sConfig.IC4Filter =
0000: No filter, sampling is done at fDTS
0001: fSAMPLING=fCK_INT, N=2
0010: fSAMPLING=fCK_INT, N=4
0011: fSAMPLING=fCK_INT, N=8
0100: fSAMPLING=fDTS/2, N=6
0101: fSAMPLING=fDTS/2, N=8
0110: fSAMPLING=fDTS/4, N=6
0111: fSAMPLING=fDTS/4, N=8
1000: fSAMPLING=fDTS/8, N=6
1001: fSAMPLING=fDTS/8, N=8
1010: fSAMPLING=fDTS/16, N=5
1011: fSAMPLING=fDTS/16, N=6
1100: fSAMPLING=fDTS/16, N=8
1101: fSAMPLING=fDTS/32, N=5
1110: fSAMPLING=fDTS/32, N=6
1111: fSAMPLING=fDTS/32, N=8

Варианты для TIMx_ETR входа
0000: No filter, sampling is done at fDTS
0001: fSAMPLING=fCK_INT, N=2
0010: fSAMPLING=fCK_INT, N=4
0011: fSAMPLING=fCK_INT, N=8²
0100: fSAMPLING=fDTS/2, N=6
0101: fSAMPLING=fDTS/2, N=8
0110: fSAMPLING=fDTS/4, N=6²
0111: fSAMPLING=fDTS/4, N=8
1000: fSAMPLING=fDTS/8, N=6
1001: fSAMPLING=fDTS/8, N=8
1010: fSAMPLING=fDTS/16, N=5
1011: fSAMPLING=fDTS/16, N=6
1100: fSAMPLING=fDTS/16, N=8
1101: fSAMPLING=fDTS/32, N=5
1110: fSAMPLING=fDTS/32, N=6
1111: fSAMPLING=fDTS/32, N=8