单片机入门学习十四 STM32单片机学习十一通用定时器二

浅浅的花香味﹌ 2022-06-01 08:38 363阅读 0赞

[上篇文章][Link 1]仅记录了通用定时器的时基单元的功能，本篇将记录其另外两个功能，输入和输出。

### 1、输入 ###

![输入][SouthEast]  
定时器使用其输入模块的功能需要如下步骤，在下面步骤中我也会分别将涉及到的寄存器一并列入在此。

#### 1）步骤1：设置输入捕获滤波器（以上图的通道1为列） ####

![捕获滤波器][SouthEast 1]  
从上图中知，该步骤涉及到的滤波器有  
①TIMx\_CCMR1（捕获/比较模式寄存器）  
![TIMx\_CCMR1][TIMx_CCMR1]  
②TIMx\_CR1（控制寄存器）  
![TIMx\_CR1][TIMx_CR1]

我们知道采用默认时钟初始化，Fck\_int=72Mhz，Fdts由TIMx\_CR1的CKD\[1:0\]的值来确定，若CKD\[1:0\]=00，那么Fdts=Fck\_int。若ICIF\[3:0\]=0011，以Fck\_int的频率采样，若连续采样8次，若都是高电平，则说明是一个有效的触发，就会触发输入捕获中断。这样就可以滤除那些高电平脉宽低于8个采样周期的脉冲信号，从而达到滤波的效果。若ICIF\[3:0\]=0000，则我们不做滤波处理，只要采集到上升沿就会触发捕获中断。

#### 2）步骤2：设置输入捕获极性（通道1） ####

![输入捕获][SouthEast 2]  
上图中涉及到的寄存器  
TIMx\_CCER（捕获/比较使能寄存器）  
![TIMx\_CCER][TIMx_CCER]

#### 3）设置输入捕获映射通道（通道1） ####

![输入捕获][SouthEast 3]  
上图涉及到的寄存器  
TIMx\_CCMR1（捕获/比较模式寄存器）  
![TIMx\_CCMR1][TIMx_CCMR1 1]

#### 4）设置输入捕获分频器（通道1） ####

![输入捕获分频器][SouthEast 4]  
上图中涉及到的寄存器  
①TIMx\_CCMR1（捕获/比较模式寄存器）  
![IC1PS][]  
②TIMx\_CCER（捕获/比较使能寄存器）  
如步骤2中TIMx\_CCER的第0位 CC1E描述。

#### 5）步骤五：捕获到有效信号可以开启中断 ####

使用到的寄存器为  
DMA/中断使能寄存器（TIMx\_DIER）  
![TIMx\_DIER][TIMx_DIER]

#### 6）步骤六：查看定时器通道对应引脚 ####

在[STM32F103x数据手册中][STM32F103x] 我们来查看定时器对应引脚，从下图中我们可以看出 TIM5的通道1连接PA0，TIM5的通道2连接PA1等等。  
![通道引脚][SouthEast 5]

#### 7）总结 ####

因此输入捕获的一般程序库函数配置步骤如下：  
① 初始化定时器和通道对应IO的时钟。  
② 初始化IO口，模式为输入：GPIO\_Init();  
GPIO\_InitStructure.GPIO\_Mode = GPIO\_Mode\_IPD; //PA0 输入  
③初始化定时器ARR，PSC  
TIM\_TimeBaseInit();  
④初始化输入捕获通道  
TIM\_ICInit(TIM\_TypeDef\* TIMx, TIM\_ICInitTypeDef\* TIM\_ICInitStruct);  
其中TIM\_ICInitTypeDef的定义如下

typedef struct
    {
      uint16_t TIM_Channel; //捕获通道1-4 
      uint16_t TIM_ICPolarity; //捕获极性（上升沿捕获[TIM_ICPolarity_Rising]、下降沿捕获[TIM_ICPolarity_Falling]、双边捕获[TIM_ICPolarity_BothEdge]）
      uint16_t TIM_ICSelection; //映射关系
      uint16_t TIM_ICPrescaler; //分频系数
      uint16_t TIM_ICFilter;  //滤波器
    } TIM_ICInitTypeDef;

⑤如果要开启捕获中断，  
TIM\_ITConfig();  
NVIC\_Init();  
⑥使能定时器：TIM\_Cmd();  
⑦编写中断服务函数：TIMx\_IRQHandler();

定时器用其输入捕获功能，常用函数如下：

*  通道极性设置独立函数  
    void TIM\_OCxPolarityConfig(TIM\_TypeDef\* TIMx, uint16\_t TIM\_OCPolarity)；
 *  获取通道捕获值  
    uint32\_t TIM\_GetCapture1(TIM\_TypeDef\* TIMx)；

#### 8）输入捕获示例代码 ####

本示例代码完成的功能是 **探测按键按下时间**  
u8 TIM5CH1\_CAPTURE\_STA；//自定义变量，用于记录高电平捕获时间值，其每一位的用途如下表：  
![TIM5CH1\_CAPTURE\_STA][TIM5CH1_CAPTURE_STA]

//定时器5通道1输入捕获配置
    
    void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
    {    
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
      NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
        TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure;
    
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);    //使能TIM5时钟
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  //使能GPIOA时钟
    
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;  //PA0 清除之前设置 
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0 输入 
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
        GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                        //PA0 下拉
    
        //初始化定时器5 TIM5 
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值 
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;   //预分频器 
        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(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
    
        //初始化TIM5输入捕获参数
        TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //CC1S=01 选择输入端 IC1映射到TI1上
        TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;    //上升沿捕获
        TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
        TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;   //配置输入分频,不分频 
        TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC1F=0000 配置输入滤波器 不滤波
        TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);
    
        //中断分组初始化
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;  //TIM3中断
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;  //先占优先级2级
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  //从优先级0级
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器 
    
        TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允许更新中断 ,允许CC1IE捕获中断 
    
        TIM_Cmd(TIM5,ENABLE );  //使能定时器5
    }
    
    
    u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;  //输入捕获状态 
    u16 TIM5CH1_CAPTURE_VAL;    //输入捕获值
    
    //定时器5中断服务程序 
    void TIM5_IRQHandler(void)
    { 
        if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获 
        {     
            if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)
            {       
                if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
                {
                    if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
                    {
                        TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获了一次
                        TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
                    }else TIM5CH1_CAPTURE_STA++;
                }    
            }
            if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕获1发生捕获事件
            {   
                if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)        //捕获到一个下降沿 
                {               
                    TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;      //标记成功捕获到一次高电平脉宽
                    TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);
                    TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
                }else                               //还未开始,第一次捕获上升沿
                {
                    TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;          //清空
                    TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;
                    TIM_SetCounter(TIM5,0);
                    TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40;      //标记捕获到了上升沿
                    TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);     //CC1P=1 设置为下降沿捕获
                }           
            }                                              
        }
    
        TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
    
    }
    
    int main(void)
    {       
        u32 temp=0; 
        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
        uart_init(115200);   //串口初始化为115200
    
    
        TIM3_PWM_Init(899,0);       //不分频。PWM频率=72000/(899+1)=80Khz
        TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1); //以1Mhz的频率计数 
        while(1)
        {
            delay_ms(10);
            TIM_SetCompare2(TIM3,TIM_GetCapture2(TIM3)+1);
    
            if(TIM_GetCapture2(TIM3)==300)TIM_SetCompare2(TIM3,0);  
    
            if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕获到了一次上升沿
            {
                temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;
                temp*=65536;//溢出时间总和
                temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//得到总的高电平时间
                printf("HIGH:%d us\r\n",temp);//打印总的高点平时间
                TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//开启下一次捕获
            }
        }
    }

上面程序的思路是：（中断TIM5\_IRQHandler(void)里的思路）TIM5配置为上升沿触发后，等待上升沿中断到来，当捕获到上升沿中断，若TIM5CH1\_CAPTURE\_STA的bit6=0，则表示还没哟捕获到新的上升沿，那么令TIM5CH1\_CAPTURE\_STA=0、TIM5CH1\_CAPTURE\_VAL=0、TIM5->CNT=0，同时设置TIM5CH1\_CAPTURE\_STA的bit6=1标记捕获到高电平，同时再设置为下降沿捕获，等待下降沿到来。在等待下降沿期间会有定时器溢出中断，若定时器发生了溢出中断，TIM5CH1\_CAPTURE\_STA++对溢出次数进行记录，若溢出次数是最大溢出值了，就强制标记捕获完成。当下降沿到来时，先设置TIM5CH1\_CAPTURE\_STA的bit7=1标识捕获一次高电平完成，然后将定时器值读到TIM5CH1\_CAPTURE\_VAL中，最后设置为上升沿捕获，回到初始状态。

当完成了一次捕获（TIM5CH1\_CAPTURE\_STA的bit7=1），在main函数中我们即可计算出高电平的时间。若TIM5CH1\_CAPTURE\_STA的bit7一直为1，就不会进行第二次捕获，因此在main函数中，计算出捕获的高电平时间后，将TIM5CH1\_CAPTURE\_STA=0，即将TIM5CH1\_CAPTURE\_STA的bit7=0，就开启了第二次捕获了。

### 2、输出 ###

定时器的输出可以用于PWM（脉冲宽度调制，即控制输出方波的占空比）  
STM32PWM工作过程  
![通道1][1]  
![PWM][]  
上面两幅图表示（第一幅图以通道1位例）：  
当ARR>CCR1时，若CCER:CC1P位=0并且CCER:CC1E位=0，则输出高电平。占空比的控制可以通过设置CCR1寄存器的值来确定  
下面是图1涉及到的寄存器的值的含义：

*  TIMx\_CCR1:捕获比较(值)寄存器（x=1,2,3,4):设置比较值。  
    ![CCR1][]
 *  TIMx\_CCMR1: OC1M\[2:0\]位，对于PWM方式下，用于设置PWM模式1【110】或者PWM模式2【111】  
    ![OC1M\[][OC1M]
 *  TIMx\_CCER:CC1P位：输入/捕获1输出极性。0：高电平有效，1：低电平有效。
 *  TIMx\_CCER:CC1E位：输入/捕获1输出使能。0：关闭，1：打开。

#### 1）常用库函数 ####

*  设置比较值函数  
    void TIM\_SetCompareX(TIM\_TypeDef\* TIMx, uint16\_t Compare2);
 *  使能输出比较预装载  
    void TIM\_OC2PreloadConfig(TIM\_TypeDef\* TIMx, uint16\_t TIM\_OCPreload);
 *  使能自动重装载的预装载寄存器允许位  
    void TIM\_ARRPreloadConfig(TIM\_TypeDef\* TIMx, FunctionalState NewState);

#### 2）PWM输出配置步骤 ####

① 使能定时器3和相关IO口时钟。  
使能定时器3时钟：RCC\_APB1PeriphClockCmd();  
使能GPIOB时钟：RCC\_APB2PeriphClockCmd();  
② 初始化IO口为复用功能输出。函数：GPIO\_Init();  
GPIO\_InitStructure.GPIO\_Mode = GPIO\_Mode\_AF\_PP;  
这里我们是要把PB5用作定时器的PWM输出引脚，所以要重映射配置，所以需要开启AFIO时钟。同时设置重映射。  
RCC\_APB2PeriphClockCmd(RCC\_APB2Periph\_AFIO,ENABLE);  
GPIO\_PinRemapConfig(GPIO\_PartialRemap\_TIM3, ENABLE);  
④ 初始化定时器：ARR,PSC等：TIM\_TimeBaseInit();  
⑤ 初始化输出比较参数:TIM\_OC2Init(TIM\_TypeDef\* TIMx, TIM\_OCInitTypeDef\* TIM\_OCInitStruct);

typedef struct
    {
      uint16_t TIM_OCMode;  //PWM模式1或者模式2
      uint16_t TIM_OutputState; //输出使能 OR失能
      uint16_t TIM_OutputNState;
      uint16_t TIM_Pulse; //比较值，写CCRx
      uint16_t TIM_OCPolarity; //比较输出极性
      uint16_t TIM_OCNPolarity; 
      uint16_t TIM_OCIdleState;  
      uint16_t TIM_OCNIdleState; 
    } TIM_OCInitTypeDef;

⑥ 使能预装载寄存器： TIM\_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM\_OCPreload\_Enable);  
⑦ 使能定时器。TIM\_Cmd();  
⑧ 不断改变比较值CCRx，达到不同的占空比效果:TIM\_SetCompare2();

#### 3）PWM程序示例代码 ####

使用定时器3的PWM功能，输出占空比可变的PWM波，用来驱动LED灯，从而达到LED\[PB5\]亮度由暗变亮，又从亮变暗，如此循环。

//TIM3 PWM部分初始化 
    //PWM输出初始化
    //arr：自动重装值
    //psc：时钟预分频数
    void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
    {  
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
        TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
    
    
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);    //使能定时器3时钟
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟
    
        GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE); //Timer3部分重映射 TIM3_CH2->PB5 
    
       //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH2的PWM脉冲波形 GPIOB.5
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //TIM_CH2
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
    
       //初始化TIM3
        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 = 0; //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TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
    
        //初始化TIM3 Channel2 PWM模式 
        TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
        TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
        TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
        TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM3 OC2
    
        TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM3在CCR2上的预装载寄存器
    
        TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIM3
    }
    
    int main(void)
    {       
        u16 led0pwmval=0;
        u8 dir=1;   
        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_PWM_Init(899,0);    //不分频。PWM频率=72000000/900=80Khz
        while(1)
        {
            delay_ms(10);    
            if(dir)led0pwmval++;
            else led0pwmval--;
    
            if(led0pwmval>300)dir=0;
            if(led0pwmval==0)dir=1;                                      
            TIM_SetCompare2(TIM3,led0pwmval);          
        }    
    }

[Link 1]: http://blog.csdn.net/fengshuiyue/article/details/79150724
[SouthEast]: /images/20220601/4a0bb3700cfe42e08b0e0ff1da83f171.png
[SouthEast 1]: /images/20220601/958d0d9aefbd47a7a6caf6e8371f9131.png
[TIMx_CCMR1]: /images/20220601/3ed06585fa4b4a5983635a67b04accf4.png
[TIMx_CR1]: /images/20220601/8e267c19167141a5a0760a2b39354293.png
[SouthEast 2]: /images/20220601/9f83dfe8ef6442eab3410b3eb432ab80.png
[TIMx_CCER]: /images/20220601/4038540091a54b92ae9ae88a9c191e6f.png
[SouthEast 3]: /images/20220601/8bfd1967d2ee429baa35c45bb1046921.png
[TIMx_CCMR1 1]: /images/20220601/3f31c45730b7425d8acaa1e5829a9793.png
[SouthEast 4]: /images/20220601/4902d42d68e34dc9a123792ba73921ac.png
[IC1PS]: /images/20220601/2dd122a48fef4e43bf40bf95872a0959.png
[TIMx_DIER]: /images/20220601/fe24179f49df407f9085ee1612b76fc2.png
[STM32F103x]: http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/14611.pdf
[SouthEast 5]: /images/20220601/953537307a374e2b873ae837b16fb915.png
[TIM5CH1_CAPTURE_STA]: /images/20220601/5faa471e26384d91898b569df5449bcc.png
[1]: /images/20220601/ccfa9f2ceee1421e80d750ce535c6b65.png
[PWM]: /images/20220601/da2bbdcd5255464582ee9afa7cd2b665.png
[CCR1]: /images/20220601/560e6ca1c7ea4be7a0ddfd63dc818a94.png
[OC1M]: https://img-blog.csdn.net/20180125155732299?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvZmVuZ3NodWl5dWU=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast