论如何零基础stm32手搓出来一个多传感时间同步板（基于STM32F407ZGT6+um982+mti300）

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补充项

• pps来的时候，utc还没有来，但逻辑上pps来晶振触发器就会触发维持毫秒定时器，当utc来的时候才可以获取整数秒，这理论上就会出现一段时间里没有整数秒只有小数秒的imu时间戳，针对此种情况，如果是采集数据后再后处理，可以直接删除这段数据；如果是实时系统，使用状态判断，初始化 rmc同步 pps同步，最后在imu时间戳。

前言

时间同步是组合导航里不得不解决的问题，为什么要做时间同步，用我自己的理解来说就是：不做时间同步，那就是用从前的A传感器信息来校正当前的B传感器信息，两者都不是描述的同一个时间点的物体，融合出来的结果能对才是见了鬼了。
（ps:以工程经验来说，其实不少人做法是：以gps10hz,imu100hz,低速车载环境为例，在程序端取一个gps数据再取10个imu数据,这样其实也可以粗糙的使用）
具体原理可以查看新手入门系列4——MEMS IMU原始数据采集和时间同步的那些坑，本文中只做具体的工程应用，就是为了让读者能够快速手搓板子实现时间同步，然后把精力放在组合导航算法研究上。

硬件平台

STM32F407ZGT6+um982(gps设备）+mti300（imu设备）+stlink(下载器）
GPS设备需要能够输出PPS脉冲触发，1s一次；IMU需要设置成触发模式

软件平台

win10+STM32cubeIDE+micro-lab（串口调试助手，这玩意挺好用的）

最终效果

原理

时间同步准确的说是同步采样。在GPS和imu中就是用GPS时间来uimu数据打上时间戳，但由于数据从串口来是需要耗时，且解算也需要耗时，以我使用的这款gps设备为例子：配置好后串口输出为：

$KSXT,20190909084745.00,116.23662400,40.07897925,68.3830,299.22,67.03,190.28,0.022,,1,3,46,28,,,,-0.004,-0.021,-0.020,,*27

其中"20190909084745.00"为utc时间（yyyymmddhhmmss.ss），但GPS频率为10hz,imu为高频（以100hz为例），只用utc时间的话是没法给imu打上时间戳的，且utc小数位后时间还要考虑各种延迟，并不准确。最好的方法就是利用utc的整数秒，和stm32定时器来维持一个小数秒。拼接成一个完整得时间戳来给imu打上。
这里要有个概念，对于PPS的，其得益于卫星的授时功能，精度很高，至于为啥这么高，俺不懂，就是误差在纳秒级，以它为基准就很准就成了。那我们写代码的思路就来了：
1.PPS第一次来，因为其快于串口传输来的UTC时间，那PPS第一次来后，记录下稍晚来的utc时间整数秒作为IMU时间戳的整数秒（这可以从下面博客中上电瞬间串口5来的数据来看，明显先PPS来了启动了定时器，然后后续含有UTC时间的GPS数据才来，整数秒有数据是因为缓存区存有以前的整数秒数据，会在第一次来UTC时间后被更新成最新的）

2.第一次PPS来的时候开启晶振定时器，让晶振计数器开始计数，并翻转触发口的电平，形成一个20ms一次的上升沿脉冲。
这里的定时时间设置为0.01s.怎么设置涉及到STM32定时器，后续会介绍到，参照这个链接里的公式

为了后续扩展u盘存储功能，我这里主频设置为48Mhz，即我想设置定时器为0.01s。则在stm32cubeide中我的定时器两个参数分别为47999和9

3、除了第一次PPS脉冲来，那后面每次PPS来都表示距离第一次运行了一整秒了，则 T 整数 + 1 秒 T_{\text{整数}}+1\text{秒} T整数​+1秒

注意：这里有个需要注意的逻辑是：PPS信号可能会丢失，那下一次PPS来则就不能单纯+1s,需要检测最后一次整数秒+1与当前获取到的串口utc时间差距是否在1s内，如果在1s内，说明PPS中途没有丢失，不是，则 T 整数 = u t c 时间当前整数秒 T_{\text{整数}}=utc_{\text{时间当前整数秒}} T整数​=utc时间当前整数秒​

4.从第二次开始，PPS来一次需要重置一次定时器，小数秒ss001重置为0，防止长时间运行晶振定时器误差累积，用PPS来校正
5.
t i m u 时间戳 = T 整数秒 + s s 001 ∗ 0.01 t_{imu\text{时间戳}}=T_{\text{整数秒}}+ss001*0.01 timu时间戳​=T整数秒​+ss001∗0.01
6.最后都是通过串口5发射出去，为了防止同时来GPS数据和IMU数据时候串口被一个占用，另一个无法发射出去，使用了串口DMA的环形缓存区设计。注意TX RX都设置成normal模式，这里我翻了跟头，设置成circle，导致数据循环发送，一个数据发几遍
7.最后IMU触发口波形

8.还有很多改进空间，比如增加U盘存储功能，比如弄成多线程，比如我这里还出现一个问题，比如是10hz的GPS，50hz的IMU,那时间戳在运行过程中，虽然可以准确保证一个GPS和5个imu数据一段一段的来，但时间戳上我不知道为啥会出现诸如这样子的情况，会突变，

这也是我把这套系统开源的原因，难度不是很大，我很久没碰过单片机，然后stm32cubeide也是现学的，不少东西没考虑周全，但用来同步采样数据是没啥大的问题，也希望佬们能分享改进后的源码，不甚感激，能因为我这篇博客解决你组合导航上一点点小问题，甚是荣幸。

一步步手把手的复现我的板子和采集系统

下载好stm32cubeide 1.30.0(没测试过其他版本，这里提供一个1.30.0版本的百度云链接）
确保没有中文路径安装也没有中文的项目名字
1.新建项目

2.选择自己芯片，我用的是一块140多元的stm32f407zgt6,淘宝链接

3.next后给定英文项目名

4.

5.按序号来

6.按照序号来，打开后这样

6.要一份自己所用单片机的电路原理图，这个小系统用到的各个口子和序号如下：

当然还有为了检测用的GPIO口和蜂鸣器，这部分比较简单，具体可以看我放出的代码

具体引脚、时钟树、代码生成配置

这部分主要说明怎么用刚建立好的新项目里配置新文件。要是用我得同款板子直接使用我的项目就成，这里写一下是为了让读者能够适配自己的板子，能够尽快的部署自己的时间同步系统。
1.基础配置——先不管要干啥，按照我的图配置，后面再解释配置了啥子，毕竟我们的目标是尽快实现时间同步然后精力放在其他地方
a）仿真器选择（这里我使用的stlink)

b)

c)gpio口设置
这里分两种，一种是led0-2和BEED直接gpio_output和Imutriger,另一种是用来接收PPS的中断，具体来说就是


上述几个都是GPIO_Output类型，具体名字是使用了右击修改的。
然后PPS信号由于是要由GPS引入，这里的gpio使用中断，注意开中断

d)串口设置
这里使用了3个串口——串口1和2用来接收gps和imu数据，串口5用来发送处理后数据

串口2和5同样配置，注意一个点是这里DMA模式都选择normal

e)配置时钟树和定时器——注意这里的48Mhz就成，其他的按照我的图来，使用外部晶振


为了配置成0.01s一次计数，

至于为啥这么配置，可以看这个教程
注意配置

到这里基本配置完成。生成代码即可


保存即可生成代码

2.功能说明（简述代码大概逻辑）
2.1 上电检测
这部分逻辑很简单，就是调用了蜂鸣器和3个led灯，原理图如下：

上电后依次闪烁LED0-2，然后蜂鸣器响一声代表检测板子完成

  Check_LED();//板子依次亮起，闪烁，最后保持全亮
  Check_BEED();//蜂鸣器响一声，代表计时器启动

2.2串口数据获取
正常获取数据即可
2.3数据拼接
这里使用了DMA环形缓冲区，把gps来的数据和imu数据都放到缓冲区内，防止gps和imu同时来数据只能发送其中一个
完整工程代码我到了博客主页资源里，自行下载就成，我都是设置的免费开源。可以任意下载。

杂谈

1.当然，该板子在实测过程中出现了跳秒现象，可惜我确实没有时间弄了，很多杂事缠身，我给提供给了导师做本科毕设题目之一，有时候真的挺无力的。想快点工作了，攒点小钱钱。
2.不少博客下面我都留下了自己联系方式，继续留一下，qq3233456044，有关博客的任何东西细节都欢迎一起交流。

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