单片机入门学习十三 STM32单片机学习十通用定时器

喜欢ヅ旅行 2022-06-01 07:52 579阅读 0赞

本篇重点记录的是STM32F1的通用定时器。  
STM32F103ZE有8个定时器，其中2个高级定时器（TIM1、TIM8），4个通用定时器（TIM2、TIM3、TIM4、TIM5），2个基本定时器（TIM6、TIM7）。下表是对这8个定时器的详细描述。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>定时器种类</th> 
   <th align="center">位数</th> 
   <th align="center">计数器模式</th> 
   <th align="center">产生DMA请求</th> 
   <th align="center">捕获/比较通道</th> 
   <th align="center">互补输出</th> 
   <th align="left">特殊应用场景</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>高级定时器<br>（TIM1，TIM8）</td> 
   <td align="center">16</td> 
   <td align="center">向上、向下、向上/下</td> 
   <td align="center">可以</td> 
   <td align="center">4</td> 
   <td align="center">有</td> 
   <td align="left">带死区控制盒紧急刹车，<br>可应用于PWM电机控制</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>通用定时器<br>（TIM2~TIM5）</td> 
   <td align="center">16</td> 
   <td align="center">向上、向下、向上/下</td> 
   <td align="center">可以</td> 
   <td align="center">4</td> 
   <td align="center">无</td> 
   <td align="left">通用。定时计数，PWM输出，<br>输入捕获，输出比较</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>基本定时器<br>（TIM6，TIM7）</td> 
   <td align="center">16</td> 
   <td align="center">向上、向下、向上/下</td> 
   <td align="center">可以</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">无</td> 
   <td align="left">主要应用于驱动DAC</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

上表中可看出STM32F103ZE定时器都是16位的，捕获/比较通道有4个，计数模式包括3种（向上计数、向下计数、中央对齐（向上/向下）计数）。

> 在此对计数模式做一个解释  
> ①向上计数模式：计数器从0计数到自动加载值(TIMx\_ARR)，然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。  
> ②向下计数模式：计数器从自动装入的值(TIMx\_ARR)开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始，并产生一个计数器向下溢出事件。  
> ③中央对齐模式（向上/向下计数）：计数器从0开始计数到自动装入的值-1，产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到1并且产生一个计数器溢出事件；然后再从0开始重新计数。  
> ![计数][SouthEast]

### 1、通用计时器概述 ###

通用计数器TIMx（TIM2~TIM5）定时器的特点包括：

*  位于低速的APB1总线上(APB1)
 *  16 位向上、向下、向上/向下(中心对齐)计数模式，自动装载计数器（TIMx\_CNT）。
 *  16 位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx\_PSC)，计数器时钟频率的分频系数 为 1～65535 之间的任意数值。
 *  4 个独立通道（TIMx\_CH1~4），这些通道可以用来作为：  
    ① 输入捕获  
    ② 输出比较  
    ③ PWM 生成(边缘或中间对齐模式)  
    ④ 单脉冲模式输出
 *  可使用外部信号（TIMx\_ETR）控制定时器和定时器互连（可以用 1 个定时器控制另外一个定时器）的同步电路。
 *  产生中断/DMA（6个独立的IRQ/DMA请求生成器），该中断产生的事件如下：  
    ① 更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)  
    ② 触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)  
    ③ 输入捕获  
    ④ 输出比较  
    ⑤ 支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路  
    ⑥ 触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理
 *  STM32 的通用定时器可以被用于：测量输入信号的脉冲长度(输入捕获)或者产生输出波形(输出比较和 PWM)等。
 *  使用定时器预分频器和 RCC 时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。STM32 的每个通用定时器都是完全独立的，没有互相共享的任何资源。

通用计时器框图如下：  
![通用计时器][SouthEast 1]

从图中我们可以看到通用计时器由时钟、时基单元、输入电路、输出电路构成，下面将会对这四块分别做介绍。

### 2、通用计数器 时钟的选择 ###

![通用计数器][SouthEast 2]

上图总结为计数器的时钟有8种选择：

*  内部RCC提供的时钟：**TIMxCLK**（CK\_INT）  
    CK\_INT（内部时钟）值的计算：  
    从下图可知如果是APB1的分频系数是1，则通用定时器的时钟=APB1的时钟；否则（APB1的分频系数不是1）通用寄存器的时钟=APB1时钟\*2；  
    ![CK\_INT][CK_INT]  
    如：默认使用SystemInit函数的情况下，SYSCLK=72M，AHB时钟=72M，APB1时钟=36M，APB1的分频系数=AHB时钟APB1时钟=2  A P B 1 的 分 频 系 数 = A H B 时 钟 A P B 1 时 钟 = 2  ，所以通用定时器时钟CK\_INT=2\*36M=72M。
 *  内部触发器输入口1~4（ITR1、ITR2、ITR3、ITR4），用一个定时器作为另一定时器的分频
 *  外部捕捉比较引脚，引脚1（TI1FP1或TI1F\_ED）、引脚2（TI2FP2）
 *  外部引脚：ETR（使能/禁止位、可编程设定极性、4位外部触发过滤器、外部触发分频器\[分频器关闭、二分频、四分频、八分频\]）

> 计数器时钟可以由下列时钟源提供（该内容意思同上）：  
> 内部时钟(CK\_INT)  
> 外部时钟模式1：外部输入脚(TIx)  
> 外部时钟模式2：外部触发输入(ETR)  
> 内部触发输入(ITRx)：使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器，如可以配置一个定时器Timer1而作为另一个定时器Timer2的预分频器。

### 3、时基单元 ###

![时基单元][SouthEast 3]

从上图中我们可看到定时器的构成：

#### 1）计数寄存器（TIMx\_CNT） ####

该寄存器计数模式为3种，向上计数、向下计数和对齐计数  
![计数寄存器][SouthEast 4]

#### 2）预分频器寄存器（TIMx\_PSC） ####

可将时钟频率按1到65536之间的任意值进行分频，可在运行时改变其设置值  
![预分频寄存器][SouthEast 5]

#### 3）自动装载寄存器（TIMx\_ARR） ####

如果TIMx\_CR1寄存器中的ARPE位为0，ARR寄存器的内容将直接写入影子寄存器；如果ARPE为1，ARR寄存器的内容将再每次的更新事件UEV发生时，传送到影子寄存器；  
如果TIMx\_CR1中的UDIS位为0，当计数器产生溢出条件时，产生更新事件；  
![自动重装载寄存器][SouthEast 6]

#### 4）控制寄存器1（TIMx\_CR1） ####

![控制寄存器1][1]

#### 5）DMA中断使能寄存器（TIMx\_DIER） ####

![DMA中断使能寄存器][DMA]

#### 6）定时器中断实现步骤 ####

时基单元为我们提供了定时的功能，我们利用该功能实现如下**示例程序**的编写：  
**通过定时器中断配置，实现每500ms中断一次，通过定时中断实现LED灯闪烁。**  
① 使能定时器时钟。  
RCC\_APB1PeriphClockCmd();  
② 初始化定时器，配置ARR,PSC（即配置自动装载寄存器TIMx\_ARR和预分频寄存器值TIMx\_PSC）  
TIM\_TimeBaseInit(TIM\_TypeDef\* TIMx, IM\_TimeBaseInitTypeDef\* TIM\_TimeBaseInitStruct);

> ARR、PSC如何确定  
> 1）我们知道计数器ARR溢出后会产生更新中断，我们以中心对齐模式的时序图来说明，如下图：  
> ![中心对称][SouthEast 7]  
> 上图中CK\_INT前面已说过，其频率由APB1来决定，若使用默认时钟SystemInit初始化的话，CK\_INT=72MHz。  
> CK\_CNT如何确定，我们看下图  
> ![CK\_CNT][CK_CNT]  
> CK\_INT=APB1或APB1∗2  C K \_ I N T = A P B 1 或 A P B 1 ∗ 2   
> Fck\_psc=CK\_INT  F c k \_ p s c = C K \_ I N T   
> CK\_CNT=Fck\_pscPSC\[15:0\]\+1  C K \_ C N T = F c k \_ p s c P S C \[ 15 : 0 \] + 1  该公式计算出的即为CK\_CNT的频率  
> 　　  
> 那么一个时钟周期的时间  
> 
> 
> T=1CK\_CNT=PSC\[15:0\]\+1Fck\_psc(348)  (348) T = 1 C K \_ C N T = P S C \[ 15 : 0 \] + 1 F c k \_ p s c 
> 
>   
> 由于计数器溢出会产生一次中断，故  
> 
> 
> Tout（溢出时间）=（ARR\+1）∗T=（ARR\+1）∗（PSC\[15:0\]\+1）Fck\_psc(349)  (349) T o u t （ 溢 出 时 间 ） = （ A R R + 1 ） ∗ T = （ A R R + 1 ） ∗ （ P S C \[ 15 : 0 \] + 1 ） F c k \_ p s c 
> 
>   
> 上述公式为何计数器ARR和时钟分频PSC都要加1，因为这两个值是配置在寄存器中的，其实从0开始计数，故要加1。

根据上面导出的Tout的公式，结合本小节开头的需求，中断时间设置为500ms，我们可使用默认的系统频率，则Fck\_psc=CK\_INT=72MHz，则

500（ms）=（ARR\+1）∗T=（ARR\+1）∗（PSC\[15:0\]\+1）72000(350)  (350) 500 （ m s ） = （ A R R + 1 ） ∗ T = （ A R R + 1 ） ∗ （ P S C \[ 15 : 0 \] + 1 ） 72000

设PSC=7199，则ARR=4999，该需求的ARR,PSC我们将会以此值去配置。

③ 开启定时器中断，配置NVIC。  
void TIM\_ITConfig(TIM\_TypeDef\* TIMx, uint16\_t TIM\_IT, FunctionalState NewState);  
NVIC\_Init();  
④ 使能定时器。  
TIM\_Cmd(TIM\_TypeDef\* TIMx, FunctionalState NewState);  
⑤ 编写中断服务函数。  
TIMx\_IRQHandler();

#### 7）程序编写 ####

//通用定时器3中断初始化
    //这里时钟选择为APB1的2倍，而APB1为36M
    //arr：自动重装值。
    //psc：时钟预分频数
    //这里使用的是定时器3!
    void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
    {
        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能
    
        //定时器TIM3初始化
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值 
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
        TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
    
        TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中断,允许更新中断
    
        //中断优先级NVIC设置
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;  //TIM3中断
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //先占优先级0级
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //从优先级3级
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //初始化NVIC寄存器
    
    
        TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx 
    }
    //定时器3中断服务程序
    void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中断
    {
        if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否
        {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志 
        LED1=!LED1;
        }
    }
    //LED1闪烁的周期为500ms，LED0闪烁的周期为200ms，看到的现象为LED1闪烁慢，LED0闪烁快
    int main(void)
    {       
    
        delay_init();            //延时函数初始化 
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
    
            LED_Init();              //LED端口初始化
    
        TIM3_Int_Init(4999,7199);//10Khz的计数频率，计数到5000为500ms 
            while(1)
        {
            LED0=!LED0;
            delay_ms(200);         
        }
    }

STM32通用定时器在此篇仅记录了 定时器基本的概念和时基单元的功能编程，由于篇幅的限制，通用定时器的输入和输出的功能将再下篇介绍。

[SouthEast]: /images/20220601/46ffdf1691aa4c938632fda30330b0be.png
[SouthEast 1]: /images/20220601/d743fa31b3084e52a256da926688b21b.png
[SouthEast 2]: /images/20220601/74b79924bc154dfb9a65625f1fe2002d.png
[CK_INT]: /images/20220601/e7b7e48378024488bbe93b5f1229820a.png
[SouthEast 3]: /images/20220601/11f0bcfd514c4a98ab8bdabb6464471a.png
[SouthEast 4]: /images/20220601/a1ae0e8aa2be4990b8ea25d91bb6d6b1.png
[SouthEast 5]: /images/20220601/1fe4b706443041b7b8ede3f997ddacd2.png
[SouthEast 6]: /images/20220601/7e9ad106da924b37a8e1315b300a2f0a.png
[1]: /images/20220601/fb580e90cdba48658eae49067f183c6a.png
[DMA]: /images/20220601/3c21cbf019214b35a748f3a018cebdb9.png
[SouthEast 7]: /images/20220601/d2f9254dbbb64f59890192d4425179cc.png
[CK_CNT]: /images/20220601/5adf2b62e98e479eae2f309b59e753e7.png