STM32-定时器系统原理

STM32的定时器概述

STM32F1有TIME1和TIME8 等高级定时器，也有TIME2~TIME5等通用定时器，还有TIME6和TIME7等基本定时器。

关于高级定时器、通用定时器、基本定时器的区别：

基本定时器：具有最基本的计时功能，与通用和高级定时器的16位自动重装载计数器不同，他的计数器是一个累加计数器！基本定时器独有一个其他定时器没有的DAC的同步电路！

通用定时器：能满足大部分使用需求的定时器。

高级定时器：高级的骚操作比较多的定时器，但是一般不常用到，用到的时候可以再根据参考手册深入研究。

我们一般常用到的就是通用定时器。

通用定时器

通用定时器简介

主要功能

16位向上、向下、向上/向下自动装载计数器

16位可编程(可以实时修改)预分频器，计数器时钟频率的分频系数为1～65536之间的任意数值

4个独立通道：

输入捕获

输出比较

PWM生成(边缘或中间对齐模式) 

单脉冲模式输出

使用外部信号控制定时器和定时器互连的同步电路

如下事件发生时产生中断/DMA：

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) 

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) 

输入捕获

输出比较

支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路

触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理

加色处理的功能都是非常重要的常用功能！

模块框图

通用定时器框图如下所示，红色框是计数器部分，当仅使用计数器模式的时候，只涉及这部分。在定时器的基础上，还有下方的捕获/比较通道，输入通道可用于输入捕获（蓝色部分）和输出通道可用于输出PWM（绿色部分），与上面主要功能的颜色对应。本文只涉及到红色部分，也就是定时器的计数单元！输入捕获、PWM和DMA在后文写。

时钟来源

通用定时器的时钟来源有四个，具体选择哪个可以通过 TIMx_SMCR 寄存器的相关位来设置。

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

不过，一般我们使用内部时钟。

在时钟树可以看到，定时器2~7的内部时钟源是APB1。库函数版本默认使用SystemInit函数初始化系统该时钟的情况下：

SYSCLK=72M

AHB=72M

APB1=36M

也就是说APB1的分频系数为2，所以定时器2~7（包括通用定时器）时钟内部时钟频率为2*36M=72M。

另外需要注意的是定时器1和定时器8的时钟源是APB2！

当使用外部时钟的时候，其框图如下

通用定时器寄存器

通用定时器的寄存器有，包括

控制寄存器 1(TIMx_CR1)

控制寄存器 2(TIMx_CR2)

从模式控制寄存器(TIMx_SMCR)

DMA/中断使能寄存器(TIMx_DIER)

状态寄存器(TIMx_SR)

事件产生寄存器(TIMx_EGR)

捕获/比较模式寄存器 1(TIMx_CCMR1)

捕获/比较模式寄存器 2(TIMx_CCMR2)

捕获/比较使能寄存器(TIMx_CCER)

计数器(TIMx_CNT)

预分频器(TIMx_PSC)

自动重装载寄存器(TIMx_ARR)

捕获/比较寄存器 1~4(TIMx_CCR1~4)

DMA控制寄存器(TIMx_DCR)

连续模式的DMA地址(TIMx_DMAR)

加黑的几个寄存器是使用定时器基本功能的必须了解的几个寄存器！这里也只叙述这几个寄存器。

控制寄存器 1(TIMx_CR1)

DIR：计数方向

0：计数器向上计数

1：计数器向下计数

当计数器配置为中央对齐模式或编码器模式时，该位为只读。

CEN：使能计数器

0：禁止计数器；

1：使能计数器。

CMS[1:0]：选择中央对齐模式

00：边沿对齐模式。计数器依据方向位(DIR)向上或向下计数。

01：中央对齐模式1。计数器交替地向上和向下计数。配置为输出的通道(TIMx_CCMRx寄存器

中CCxS=00)的输出比较中断标志位，只在计数器向下计数时被设置。

10：中央对齐模式2。计数器交替地向上和向下计数。配置为输出的通道(TIMx_CCMRx寄存器

中CCxS=00)的输出比较中断标志位，只在计数器向上计数时被设置。

11：中央对齐模式3。计数器交替地向上和向下计数。配置为输出的通道(TIMx_CCMRx寄存器

中CCxS=00)的输出比较中断标志位，在计数器向上和向下计数时均被设置。

当在计数器开启时(CEN=1)，不允许从边沿对齐模式转换到中央对齐模式。

其他的位，请查看《STM32中/英文参考手册》

DMA/中断使能寄存器(TIMx_DIER)

UIE：允许更新中断

0：禁止更新中断

1：允许更新中断，计数寄存器中的数据更新时触发中断请求。

CCxIE：允许捕获/比较x中断 (Capture/Compare 1 interrupt enable) 

0：禁止捕获/比较x中断；

1：允许捕获/比较x中断。

这个寄存器用于使能捕获中断（后面会写）

时基单元寄存器

时基单元包含：

预分频器寄存器 (TIMx_PSC)

自动装载寄存器 (TIMx_ARR)

计数器寄存器 (TIMx_CNT) 

预分频器寄存器(TIMx_PSC)

PSC[15:0]：预分频器的值

该寄存器存放的是预分频器的值。预分频器对定时器的时钟源进行分频，然后提供给计数器。前文已经提到，通用定时器的时钟源有四个，可以通过TIMx_SMCR 寄存器的的相关为进行设置。

为什么要进行分频？

答：因为一般时钟源太快了。以系统时钟源为例，72M的频率，如果不分频的话，那16位定时器的计时周期就65536/72M秒，约等于0.91ms，时间太短了。

自动重装载寄存器(TIMx_ARR)

ARR[15:0]: 自动重装载的值

ARR包含了将要传送至实际的自动重装载寄存器的数值。

计数寄存器(TIMx_CNT)

CNT[15:0]：计数器的值

计数器模式

向上计数模式

计数器从0计数到自动加载值(TIMx_ARR计数器的内容)，然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。

向下计数模式

计数器从自动装入的值(TIMx_ARR计数器的值)开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始并且产生一个计数器向下溢出事件。

定时周期的计算

定时周期与时基单元密切相关，首先确定定时器时钟源的频率Tclk（使用内部时钟源，一般是72M），通过设定分频器的值PSC可以确定最大计时周期，然后通过设定自动重装载寄存器的值ARR，可以确定具体的溢出时间！计算公式如下：

Tout(溢出时间)= (ARR+1)(PSC+1)/Tclk

比如，要定时500ms,Tclk为72M，令PSC=7199，ARR=4999，即可。

库函数代码配置定时器

配置步骤

使能定时器时钟

要明确定时器使用的时钟源！如果使用内部时钟，通用定时器和基本定时器是在APB1下！应该调用

void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState);

高级定时器是在APB2下，调用

void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);

初始化定时器

void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct)

开启定时器更新中断，配置NVIC中断控制器

void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState);//开启定时器更新中断

void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);//中断优先级配置

使能定时器

void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);

编写中断服务函数

根据使用的定时器，开启相应的中断函数，注意在中断函数中判断和清除中断标志位！

状态查看函数

FlagStatus TIM_GetFlagStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_FLAG);

void TIM_ClearFlag(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_FLAG);

ITStatus TIM_GetITStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);

void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);

代码范例

timer.c

 void Tim3_Init(u16 arr,u16 psc)

 {

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitstructure;

NVIC_InitTypeDef NVIC_Initstructure;

/*************************定时器时钟源使能*********************************/

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);

/*************************定时器基本配置*********************************/

TIM_TimeBaseInitstructure.TIM_Prescaler = psc;//预分频系数

TIM_TimeBaseInitstructure.TIM_Period = arr;//自动装在值

TIM_TimeBaseInitstructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//向上计数

TIM_TimeBaseInitstructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//不知道是什么

TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitstructure);

/*************************定时器中断配置使能*********************************/

TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE);

/*************************中断号、优先级配置*********************************/

NVIC_Initstructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;

NVIC_Initstructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; 

NVIC_Initstructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

NVIC_Initstructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

NVIC_Init(&NVIC_Initstructure);

/*************************使能TIM3计数器*********************************/

TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);

 }

 void TIM3_IRQHandler(void)

 {

if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update) == SET)

{

LED0 = !LED0;

TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);

}

 }

main.c

 int main(void)

 {

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

LED_Init(); 

Tim3_Init(TIM3_CRR,TIM3_PSC);

while(1)

{

//其他操作

}

 }

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