單芯片解決方案，開(kāi)啟全新體驗(yàn)——W55MH32 高性能以太網(wǎng)單片機(jī)

W55MH32 是 WIZnet 重磅推出的高性能以太網(wǎng)單片機(jī)，它為用戶帶來(lái)前所未有的集成化體驗(yàn)。這顆芯片將強(qiáng)大的組件集于一身，具體來(lái)說(shuō)，一顆 W55MH32 內(nèi)置高性能 Arm? Cortex-M3 核心，其主頻最高可達(dá) 216MHz；配備 1024KB FLASH 與 96KB SRAM，滿足存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理需求；集成 TOE 引擎，包含 WIZnet 全硬件 TCP/IP 協(xié)議棧、內(nèi)置MAC 以及 PHY，擁有獨(dú)立的 32KB 以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供 8 個(gè)獨(dú)立硬件 socket 使用。如此配置，真正實(shí)現(xiàn)了 All-in-One 解決方案，為開(kāi)發(fā)者提供極大便利。

在封裝規(guī)格上，W55MH32 提供了兩種選擇：100QFN和68QFN。

W55MH32L 采用 100QFN 封裝，尺寸為 12x12mm，其資源豐富，擁有 66 個(gè) GPIO、3 個(gè) ADC、12 通道 DMA、17 個(gè)定時(shí)器、2 個(gè) I2C、5 個(gè)串口、2 個(gè) SPI 接口（其中 1 個(gè)帶 I2S 接口復(fù)用）、1 個(gè) CAN、1 個(gè) USB2.0 以及 1 個(gè) SDIO 接口。

而對(duì)于那些對(duì)產(chǎn)品布局緊湊度有要求的用戶，W55MH32Q 是理想之選。它采用 68QFN 封裝，尺寸為 8x8mm，相較于 W55MH32L，僅減少了部分 GPIO 以及 SDIO 接口，其他參數(shù)保持一致，性價(jià)比優(yōu)勢(shì)顯著。

此外，本W(wǎng)55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet 還推出 TOE+SSL 應(yīng)用，涵蓋 TCP SSL、HTTP SSL 以及 MQTT SSL 等，為網(wǎng)絡(luò)通信安全再添保障。

為助力開(kāi)發(fā)者快速上手與深入開(kāi)發(fā)，基于 W55MH32L 和 W55MH32Q 這兩顆芯片，WIZnet 精心打造了配套開(kāi)發(fā)板。開(kāi)發(fā)板集成 WIZ-Link 芯片，借助一根 USB C 口數(shù)據(jù)線，就能輕松實(shí)現(xiàn)調(diào)試、下載以及串口打印日志等功能。開(kāi)發(fā)板將所有外設(shè)全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開(kāi)發(fā)者全面評(píng)估芯片性能。

第十一章 通用定時(shí)器（下篇）

1 程序設(shè)計(jì)

1.1 TIM_InputCapture例程

此例程聚焦于 W55MH32 的定時(shí)器輸入捕獲功能，借助 TIM3 對(duì)外部信號(hào)的高電平持續(xù)時(shí)間展開(kāi)測(cè)量，同時(shí)運(yùn)用串口輸出相關(guān)信息。下面是詳細(xì)的程序分析：

1.初始化

?配置系統(tǒng)時(shí)鐘：RCC_ClkConfiguration()。

?初始化延時(shí)函數(shù)：delay_init()。

?配置串口：UART_Configuration(），波特率設(shè)為 115200。

?獲取系統(tǒng)時(shí)鐘頻率并輸出。

配置定時(shí)器 3：TIM_Configuration(），用于輸入捕獲。

2.主循環(huán)

 
 while (1)
    {
        if (TIM3_CAPTURE_STA & 0X80) //Successfully captured a rising edge
        {
            temp  = TIM3_CAPTURE_STA & 0X3F;
            temp *= 65536;                  //sum of overflow times
            temp += TIM3_CAPTURE_VAL;       //Get the total high time
            printf("HIGH:%d usrn", temp); //Print total peak time
            TIM3_CAPTURE_STA = 0;           //Initiate the next capture
        }
    }

?持續(xù)檢查T(mén)IM3_CAPTURE_STA 標(biāo)志，若成功捕獲到一個(gè)完整的高電平脈沖（TIM3_CAPTURE_STA & 0X80 為真），則計(jì)算高電平持續(xù)時(shí)間，輸出該時(shí)間，接著重新初始化捕獲狀態(tài)，準(zhǔn)備下一次捕獲。

3.定時(shí)器中斷服務(wù)程序

void TIM_Configuration(void)
{
    // ...（GPIO和時(shí)基配置略）...

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 1. 配置NVIC中斷優(yōu)先級(jí)
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;           // 選擇TIM3中斷通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; // 搶占優(yōu)先級(jí)（數(shù)值越小優(yōu)先級(jí)越高）
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;        // 子優(yōu)先級(jí)
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;           // 使能中斷
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                           // 應(yīng)用配置

    // 2. 使能TIM3中斷類型
    TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update | TIM_IT_CC2, ENABLE);    // 使能更新中斷（計(jì)數(shù)器溢出）和通道2捕獲中斷
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                                    // 啟動(dòng)定時(shí)器
}

?若尚未成功捕獲（(TIM3_CAPTURE_STA & 0X80) == 0），則處理定時(shí)器更新中斷與捕獲中斷。

?捕獲到上升沿時(shí)，標(biāo)記已捕獲上升沿，把計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)將捕獲極性設(shè)為下降沿捕獲。

?捕獲到下降沿時(shí)，標(biāo)記已成功捕獲高電平脈沖寬度，記錄捕獲值，再把捕獲極性設(shè)為上升沿捕獲。

?處理定時(shí)器溢出情況。

?清除中斷標(biāo)志。

4.串口輸出函數(shù)

?SER_PutChar()函數(shù)用于向串口發(fā)送單個(gè)字符。

?fputc()函數(shù)重定向標(biāo)準(zhǔn)輸出，使printf 能通過(guò)串口輸出。

3.4 TIM_OutPwm例程

該例程借助對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘、UART 和定時(shí)器的配置，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化、UART 通信以及定時(shí)器 PWM 輸出的功能。通過(guò)printf()函數(shù)能夠輸出系統(tǒng)時(shí)鐘頻率信息，方便調(diào)試和監(jiān)控。下面是詳細(xì)的程序分析：

1.系統(tǒng)時(shí)鐘配置

?使用 8MHz 外部晶振（HSE）經(jīng) PLL9 倍頻生成 72MHz 系統(tǒng)時(shí)鐘

?配置總線頻率：HCLK=72MHz, PCLK1=36MHz, PCLK2=72MHz

?使能內(nèi)部低速（LSI）和高速（HSI）時(shí)鐘

2.串口通信

?USART1 配置為 115200 波特率，8 位數(shù)據(jù)位，1 位停止位

?PA9（TX）設(shè)為復(fù)用推挽輸出，PA10（RX）浮空輸入

?重定向printf到串口，自動(dòng)添加rn轉(zhuǎn)換

3.定時(shí)器 PWM 輸出

 void TIM_Configuration(void)
{
    GPIO_InitTypeDef        GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef       TIM_OCInitStructure;

    // 使能時(shí)鐘
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

    // ================== GPIO配置：PA7為T(mén)IM3_CH2復(fù)用輸出 ==================
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_7;    // PA7對(duì)應(yīng)TIM3_CH2
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP; // 復(fù)用推挽輸出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // ================== 時(shí)基配置：1MHz計(jì)數(shù)時(shí)鐘，100μs周期 ==================
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period        = 99;         // 周期值（0-99，共100個(gè)計(jì)數(shù)周期）
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler     = 35;         // PCLK1=36MHz預(yù)分頻36倍（35+1）
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode   = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

    // ================== PWM配置：50%占空比，PWM模式2 ==================
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode       = TIM_OCMode_PWM2; // PWM模式2
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState  = TIM_OutputState_Enable; // 使能輸出
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse        = 49;         // 脈沖值（決定占空比）
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity   = TIM_OCPolarity_Low; // 低電平有效
    TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); // 初始化通道2

    // 使能預(yù)裝載和自動(dòng)重裝載
    TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
    TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE);

    // 啟動(dòng)定時(shí)器
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM3, ENABLE); // 適用于高級(jí)定時(shí)器的輸出控制
}

?TIM3 通道 2 在 PA7 輸出 50% 占空比 PWM

?周期 100μs（計(jì)數(shù)周期 99），頻率 10kHz

?時(shí)基配置：PCLK1 (36MHz) 預(yù)分頻 36 得到 1MHz 計(jì)數(shù)時(shí)鐘

3.5 TIM_Tim9例程

此例程主要實(shí)現(xiàn)了 W55MH32 的定時(shí)器（TIM9）中斷測(cè)試以及 UART 串口通信功能，以下為其工作流程總結(jié)：

1. 初始化階段

延時(shí)函數(shù)初始化：調(diào)用delay_init()函數(shù)，對(duì)延時(shí)功能進(jìn)行初始化。

UART 串口配置：借助UART_Configuration(115200)函數(shù)，把 USART1 的波特率設(shè)定為 115200，并完成 GPIO 引腳和 USART 的初始化工作。

獲取時(shí)鐘頻率：運(yùn)用RCC_GetClocksFreq(&clocks)函數(shù)獲取系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，然后通過(guò)printf()函數(shù)將系統(tǒng)時(shí)鐘、HCLK、PCLK1、PCLK2 以及 ADCCLK 的頻率信息打印出來(lái)。

2. 定時(shí)器配置階段

使能時(shí)鐘：開(kāi)啟 TIM9 的時(shí)鐘。

定時(shí)器初始化：對(duì)定時(shí)器 TIM9 的周期、預(yù)分頻器、時(shí)鐘分割和計(jì)數(shù)模式等參數(shù)進(jìn)行配置。

使能中斷：使能 TIM9 的更新中斷，并對(duì) NVIC 中斷優(yōu)先級(jí)進(jìn)行設(shè)置。

啟動(dòng)定時(shí)器：?jiǎn)?dòng) TIM9 定時(shí)器。

3. 主循環(huán)階段

主函數(shù)中的while (1)是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，程序在此處持續(xù)等待定時(shí)器中斷的發(fā)生。

4.中斷處理階段

void TIM1_BRK_TIM9_IRQHandler(void)
{
    // 4.1 檢查更新中斷標(biāo)志
    if (TIM_GetITStatus(TIM9, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        // 4.2 清除中斷標(biāo)志
        TIM_ClearITPendingBit(TIM9, TIM_IT_Update);
        // 4.3 串口輸出中斷信息（打印函數(shù)名）
        printf("%sn", __FUNCTION__);
    }
}

當(dāng)定時(shí)器 TIM9 產(chǎn)生更新中斷時(shí)，TIM1_BRK_TIM9_IRQHandler()函數(shù)會(huì)被調(diào)用。在該函數(shù)里，會(huì)先檢查中斷標(biāo)志位，若標(biāo)志位被置位，則清除該標(biāo)志位，并通過(guò)printf()函數(shù)打印出當(dāng)前函數(shù)名。

5.串口輸出階段

 // 5.1 單字符發(fā)送函數(shù)（阻塞式發(fā)送）
int SER_PutChar(int ch)
{
    while (!USART_GetFlagStatus(USART_TEST, USART_FLAG_TC)); // 等待發(fā)送完成
    USART_SendData(USART_TEST, (uint8_t)ch);
    return ch;
}

// 5.2 重定向fputc函數(shù)（支持printf）
int fputc(int c, FILE *f)
{
    if (c == 'n') // 自動(dòng)添加回車(chē)符（適配串口終端）
    {
        SER_PutChar('r');
    }
    return SER_PutChar(c);
}

?SER_PutChar()函數(shù)：用于向 USART1 發(fā)送單個(gè)字符，會(huì)等待發(fā)送完成標(biāo)志位被置位后再發(fā)送字符。

?fputc()函數(shù)：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的fputc()函數(shù)進(jìn)行重定向，實(shí)現(xiàn)將字符輸出到 USART1。若遇到換行符n，會(huì)先發(fā)送回車(chē)符r，再發(fā)送換行符n。

該例程的核心功能是配置定時(shí)器 TIM9 使其按設(shè)定參數(shù)產(chǎn)生中斷，在中斷發(fā)生時(shí)通過(guò)串口輸出信息，同時(shí)利用串口輸出系統(tǒng)時(shí)鐘頻率等信息。

3.6 TIM_Touch例程

此例程的主要作用是實(shí)現(xiàn)觸摸檢測(cè)功能，并通過(guò) LED 燈狀態(tài)的改變直觀地反饋觸摸事件，同時(shí)借助串口輸出相關(guān)調(diào)試信息，方便開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行調(diào)試與監(jiān)測(cè)。下面是具體功能的詳細(xì)介紹：

1.初始化階段

?系統(tǒng)初始化：調(diào)用delay_init()進(jìn)行延時(shí)初始化

?串口配置：通過(guò)UART_Configuration(115200)配置 USART1 為 115200 波特率

?時(shí)鐘信息輸出：獲取并打印系統(tǒng)時(shí)鐘各頻率參數(shù)

?硬件初始化：調(diào)用LED_Init()初始化 LED 控制引腳，調(diào)用TPAD_Init(6)初始化觸摸檢測(cè)模塊

2.主循環(huán)階段

?觸摸檢測(cè)：通過(guò)TPAD_Scan(0)實(shí)時(shí)檢測(cè)觸摸事件檢測(cè)到觸摸時(shí)：打印 "Touch" 并翻轉(zhuǎn) LED1 狀態(tài)

?LED0 周期性閃爍：通過(guò)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn) 150ms 周期（15×10ms）翻轉(zhuǎn) LED0

?循環(huán)延時(shí)：每次循環(huán)執(zhí)行 10ms 延時(shí)

3.硬件控制

 // LED初始化函數(shù)(根據(jù)開(kāi)發(fā)板類型選擇不同引腳)
void LED_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

#ifdef PIN48_BOARD
    // 48腳開(kāi)發(fā)板: LED0->PA7, LED1->PB0
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;  // 推挽輸出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7);  // 初始狀態(tài)熄滅LED

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);

#else
    // 64腳開(kāi)發(fā)板: LED0->PC2, LED1->PC3
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_2);  // 初始狀態(tài)熄滅LED
#endif
}
// 觸摸檢測(cè)初始化(依賴tpad.h庫(kù)實(shí)現(xiàn))
void TPAD_Init(u8 sysclk)
{
    // 實(shí)際代碼在tpad.c中實(shí)現(xiàn)，此處為函數(shù)聲明
    // 配置觸摸檢測(cè)相關(guān)GPIO和定時(shí)器
}

// 觸摸掃描函數(shù)(返回1表示檢測(cè)到觸摸)
u8 TPAD_Scan(u8 mode)
{
    // 實(shí)際代碼在tpad.c中實(shí)現(xiàn)，此處為函數(shù)聲明
    // mode=0: 單次觸發(fā)模式
    // mode=1: 連續(xù)觸發(fā)模式
}

?LED 控制：根據(jù)開(kāi)發(fā)板類型（PIN48/PIN64）控制對(duì)應(yīng) GPIO 引腳

?觸摸檢測(cè)：通過(guò) TPAD 模塊實(shí)現(xiàn)觸摸信號(hào)采集與處理（具體實(shí)現(xiàn)由 tpad 庫(kù)提供）

4.功能特點(diǎn)

?雙 LED 狀態(tài)控制：LED0 周期性閃爍，LED1 觸摸觸發(fā)翻轉(zhuǎn)

?串口調(diào)試支持：通過(guò) printf 輸出系統(tǒng)信息和觸摸事件

?硬件無(wú)關(guān)性：通過(guò)條件編譯適應(yīng)不同開(kāi)發(fā)板（PIN48/PIN64）

2 下載驗(yàn)證

2.1 TIM_InputCapture例程

程序下載到開(kāi)發(fā)板運(yùn)行后，串口會(huì)先輸出系統(tǒng)時(shí)鐘頻率信息與“TIM Input CaptureTest.”提示信息。之后，若PA7引腳有信號(hào)輸入，每當(dāng)成功捕獲到一個(gè)完整高電平脈沖，串口就會(huì)輸出該高電平的持續(xù)時(shí)間（單位為微秒），并自動(dòng)準(zhǔn)備下一次捕獲。若信號(hào)頻率過(guò)高致計(jì)數(shù)器溢出，或信號(hào)電平異常，捕獲可能出現(xiàn)異常，需重新上電復(fù)位；若沒(méi)有信號(hào)輸入則無(wú)捕獲結(jié)果輸出。

2.2 TIM_OutPwm例程

該程序下載運(yùn)行后，通過(guò)USART1（PA9/PA10）以115200波特率輸出系統(tǒng)時(shí)鐘信息："SYSCLK: 72.0Mhz, HCLK: 72.0Mhz, PCLK1: 36.0Mhz, PCLK2: 72.0Mhz, ADCCLK: 72.0Mhz"和"TIM Out Test."。PA7引腳持續(xù)輸出10kHz頻率、50%占空比的PWM信號(hào)（低電平有效），周期100μs。程序執(zhí)行完畢后進(jìn)入無(wú)限循環(huán)保持運(yùn)行狀態(tài)，CPU空閑但PWM輸出持續(xù)。驗(yàn)證時(shí)需用示波器觀察PA7波形，通過(guò)串口工具配置相同波特率查看打印信息，同時(shí)確保硬件連接正確（PA7接示波器、PA9接串口轉(zhuǎn)USB模塊）。

如果想查看PWM輸出的占空比，可以在循環(huán)里加這段代碼：

 uint16_t pwm_value = TIM_GetCapture2(TIM3);
float duty_cycle = (float)pwm_value / 99 * 100;
printf("PWM Duty Cycle: %.2f%%n", duty_cycle);
delay_ms(1000);

這樣可以打印出PWM的占空比：

2.3 TIM_Tim9例程

程序啟動(dòng)后，先進(jìn)行延時(shí)和串口初始化，輸出系統(tǒng)時(shí)鐘頻率信息與 “TIM Tim9 Base Test.” 提示，接著配置并啟動(dòng)定時(shí)器 TIM9，隨后進(jìn)入無(wú)限循環(huán)；當(dāng) TIM9 產(chǎn)生更新事件觸發(fā)中斷時(shí)，中斷服務(wù)函數(shù)會(huì)清除中斷標(biāo)志并通過(guò)串口輸出自身函數(shù)名，之后繼續(xù)等待下一次中斷。

2.4 TIM_Touch例程

程序運(yùn)行后，LED0以150ms周期閃爍，檢測(cè)到觸摸時(shí)LED1狀態(tài)翻轉(zhuǎn)并通過(guò)串口打印"Touch"，同時(shí)啟動(dòng)時(shí)輸出系統(tǒng)時(shí)鐘頻率信息。

WIZnet 是一家無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體公司，成立于 1998 年。產(chǎn)品包括互聯(lián)網(wǎng)處理器 iMCU?，它采用 TOE（TCP/IP 卸載引擎）技術(shù)，基于獨(dú)特的專利全硬連線 TCP/IP。iMCU? 面向各種應(yīng)用中的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

WIZnet 在全球擁有 70 多家分銷商，在香港、韓國(guó)、美國(guó)設(shè)有辦事處，提供技術(shù)支持和產(chǎn)品營(yíng)銷。

香港辦事處管理的區(qū)域包括：澳大利亞、印度、土耳其、亞洲（韓國(guó)和日本除外）。

審核編輯 黃宇