STM32学习之：定时器中断

定时器中断


　　STM32 的定时器功能十分强大，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。在本章中，我们将利用 TIM3 的定时器中断来控制 DS1 的翻转，在主函数用 DS0 的翻转来提示程序正在运行。选择难度适中的通用定时器来介绍。


1、 STM32 通用定时器简介


　　STM32 的通用定时器是一个通过可编程预分频器（PSC）驱动的 16 位自动装载计数器（CNT）构成。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。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。


　　STM32 的通用定时器 TIMx (TIM2、TIM3、TIM4 和 TIM5) 功能包括：


　　　　1)16 位向上、向下、向上/向下自动装载计数器（TIMx_CNT）。


　　　　2)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。


　　　　3）4 个独立通道（TIMx_CH1~4），这些通道可以用来作为： 


　　　　　　A．输入捕获 


　　　　　　B．输出比较 


　　　　　　C．PWM 生成(边缘或中间对齐模式) 


　　　　　　D．单脉冲模式输出 


　　　　4）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。


　　　　5）如下事件发生时产生中断/DMA： 


　　　　　　A．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) 


　　　　　　B．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) 


　　　　　　C．输入捕获 


　　　　　　D．输出比较 


　　　　　　E．支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路 


　　　　　　F．触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理


2、通用定时器的寄存器


　　a）首先是控制寄存器 1（TIMx_CR1），该寄存器的各位描述如图1 所示：






TIMx_CR1 寄存器各位描述


　　　　位9:8  　　　CKD[1:0]: 时钟分频因子(Clock division) 


　　　　　　　　　　定义在定时器时钟(CK_INT)频率与数字滤波器(ETR，TIx)使用的采样频率之间的分频比例。


　　　　　　　　　　00：tDTS= tCK_INT


　　　　　　　　　　01：tDTS= 2 x tCK_INT


　　　　　　　　　　10：tDTS= 4 x tCK_INT


　　　　　　　　　　11：保留


　　　　位7  　　　　ARPE：自动重装载预装载允许位(Auto-reload preload enable) 


　　　　　　　　　　0：TIMx_ARR寄存器没有缓冲；


　　　　　　　　　　1：TIMx_ARR寄存器被装入缓冲器。


　　　　位6:5  　　　CMS[1:0]：选择中央对齐模式(Center-aligned mode selection) 


　　　　　　　　　　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。


　　　　　　　　　　注：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。


　　　　位4 　　　　 DIR：方向(Direction) 


　　　　　　　　　　0：计数器向上计数；


　　　　　　　　　　1：计数器向下计数。


　　　　　　　　　　注：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。


　　　　位3  　　　　OPM：单脉冲模式(One pulse mode)


　　　　　　　　　　0：在发生更新事件时，计数器不停止；


　　　　　　　　　　1：在发生下一次更新事件(清除CEN位)时，计数器停止。


　　　　位2  　　　　URS：更新请求源(Update request source)


　　　　　　　　　　软件通过该位选择UEV事件的源


　　　　　　　　　　0：如果使能了更新中断或DMA请求，则下述任一事件产生更新中断或DMA请求：


　　　　　　　　　　　　−  计数器溢出/下溢


　　　　　　　　　　　　−  设置UG位


　　　　　　　　　　　　−  从模式控制器产生的更新


　　　　　　　　　　1：如果使能了更新中断或DMA请求，则只有计数器溢出/下溢才产生更新中断或DMA请求。


　　　　位1 　　　　 UDIS：禁止更新(Update disable)  


　　　　　　　　　　软件通过该位允许/禁止UEV事件的产生


　　　　　　　　　　0：允许UEV。更新(UEV)事件由下述任一事件产生：


　　　　　　　　　　　　−  计数器溢出/下溢


　　　　　　　　　　　　−  设置UG位


　　　　　　　　　　　　−  从模式控制器产生的更新


　　　　　　　　　　具有缓存的寄存器被装入它们的预装载值。(译注：更新影子寄存器) 


　　　　　　　　　　1：禁止UEV。不产生更新事件，影子寄存器(ARR、PSC、CCRx)保持它们的值。如果设置了UG位或从模式控制器发出了一个硬件复位，则计数器和预分频器被重新初始化。


　　　　位0 　　　　 CEN：使能计数器


　　　　　　　　　　0：禁止计数器；


　　　　　　　　　　1：使能计数器。


　　　　　　　　　　注：在软件设置了CEN位后，外部时钟、门控模式和编码器模式才能工作。触发模式可以自动地通过硬件设置CEN位。在单脉冲模式下，当发生更新事件时，CEN被自动清除。


　　首先 TIMx_CR1 的最低位，也就是计数器使能位，该位必须置 1，才能让定时器开始计数。 从第 4 位 DIR 可以看出默认的计数方式是向上计数， 同时也可以向下计数，第5,6位是设置计数对齐方式的。从第 8 和第 9 位可以看出，我们还可以设置定时器的时钟分频因子为 1,2,4 。


　　b）第二个寄存器： DMA/ 中断使能寄存器（TIMx_DIER）。该寄存器是一个 16 位的寄存器，其各位描述如图2 所示：






 TIMx_ DIER 寄存器各位描述


　　这里同样仅关心它的第 0 位，该位是更新中断允许位，本章用到的是定时器的更新中断，所以该位要设置为 1，来允许由于更新事件所产生的中断。


　　c）第三个寄存器：预分频寄存器（TIMx_PSC）。该寄存器用设置对时钟进行分频，然后提供给计数器，作为计数器的时钟。


　　　定时器的时钟来源有 4 个：


　　　　1）内部时钟（CK_INT）


　　　　2）外部时钟模式 1：外部输入脚（TIx）


　　　　3）外部时钟模式 2：外部触发输入（ETR）


　　　　4）内部触发输入（ITRx）：使用 A 定时器作为 B 定时器的预分频器（A 为 B 提供时钟）。


　　这些时钟，具体选择哪个可以通过 TIMx_SMCR 寄存器的相关位来设置。这里的 CK_INT时钟是从 APB1 倍频的来的，除非 APB1 的时钟分频数设置为 1， 否则通用定时器 TIMx 的时钟是 APB1 时钟的 2 倍，当 APB1 的时钟不分频的时候，通用定时器 TIMx 的时钟就等于 APB1的时钟。这里还要注意的就是高级定时器的时钟不是来自 APB1，而是来自 APB2 的。


　　d) TIMx_CNT 寄存器，该寄存器是定时器的计数器，该寄存器存储了当前定时器的计数值。


　　e) 自动重装载寄存器（TIMx_ARR），该寄存器在物理上实际对应着 2 个寄存器。


　　一个是程序员可以直接操作的，另外一个是程序员看不到的，这个看不到的寄存器在《STM32参考手册》里面被叫做影子寄存器。事实上真正起作用的是影子寄存器。根据 TIMx_CR1 寄存器中 APRE 位的设置：APRE=0 时，预装载寄存器的内容可以随时传送到影子寄存器，此时 2者是连通的；而 APRE=1 时，在每一次更新事件（UEV）时，才把预装在寄存器的内容传送到影子寄存器。


　　f) 状态寄存器（TIMx_SR）。该寄存器用来标记当前与定时器相关的各种事件/中断是否发生。该寄存器的各位描述如图3 所示：






 TIMx_ SR 寄存器各位描述


3、定时器设置步骤


　　1）TIM3 时钟使能。


　　TIM3 是挂载在 APB1 之下，所以我们通过 APB1 总线下的使能使能函数来使能 TIM3。调用的函数是：


　　　　RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能


　　2）初始化定时器参数,设置自动重装值，分频系数，计数方式等。


　　在库函数中，定时器的初始化参数是通过初始化函数 TIM_TimeBaseInit 实现的：


　　　　voidTIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef*TIMx,


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);


　　第一个参数是确定是哪个定时器，这个比较容易理解。第二个参数是定时器初始化参数结构体指针，结构体类型为 TIM_TimeBaseInitTypeDef，下面我们看看这个结构体的定义　




1 typedef struct
2 {
3     uint16_t TIM_Prescaler; 
4     uint16_t TIM_CounterMode; 
5     uint16_t TIM_Period; 
6     uint16_t TIM_ClockDivision; 
7     uint8_t TIM_RepetitionCounter; 
8 } TIM_TimeBaseInitTypeDef; 


　　这个结构体一共有 5 个成员变量，要说明的是，对于通用定时器只有前面四个参数有用，最后一个参数 TIM_RepetitionCounter 是高级定时器才有用的。


　　第一个参数 TIM_Prescaler 是用来设置分频系数的


　　第二个参数 TIM_CounterMode 是用来设置计数方式，可以设置为向上计数，向下计数方式还有中央对齐计数方式， 比较常用的是向上计数模式 TIM_CounterMode_Up 和向下计数模式 TIM_CounterMode_Down。


　　第三个参数 TIM_Period 是设置自动重载计数周期值


　　第四个参数 TIM_ClockDivision 是用来设置时钟分频因子


　　3）设置 TIM3_DIER 允许更新中断。


　　因为要使用 TIM3 的更新中断，寄存器的相应位便可使能更新中断。在库函数里面定时器中断使能是通过 TIM_ITConfig 函数来实现的：


　　　　void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState)；


　　第一个参数是选择定时器号，取值为 TIM1~TIM17


　　第二个参数非常关键，是用来指明我们使能的定时器中断的类型，定时器中断的类型有很多种，包括更新中断 TIM_IT_Update，触发中断 TIM_IT_Trigger，以及输入捕获中断等等。


　　例如要使能 TIM3 的更新中断，格式为：


　　　　TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE ); 


　　4）TIM3 中断优先级设置。


　　在定时器中断使能之后，因为要产生中断，必不可少的要设置 NVIC 相关寄存器，设置中断优先级。


　　5）允许 TIM3 工作，也就是使能 TIM3。


　　配置好定时器还不行，没有开启定时器，照样不能用。在配置完后要开启定时器，通过 TIM3_CR1 的 CEN 位来设置。 在固件库里面使能定时器的函数是通过 TIM_Cmd 函数来实现的：


　　　　void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState)


　　比如要使能定时器 3，方法为：


　　　　TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能 TIMx 外设


　　6）编写中断服务函数。


　　在最后，还是要编写定时器中断服务函数，通过该函数来处理定时器产生的相关中断。在中断产生后，通过状态寄存器的值来判断此次产生的中断属于什么类型。然后执行相关的操作，我们这里使用的是更新（溢出）中断，所以在状态寄存器 SR 的最低位。在处理完中断之后应该向 TIM3_SR 的最低位写 0，来清除该中断标志。


　　在固件库函数里面，用来读取中断状态寄存器的值判断中断类型的函数是：


　　　　ITStatus TIM_GetITStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t)


　　该函数的作用是，判断定时器 TIMx 的中断类型 TIM_IT 是否发生中断。比如，要判断定时器 3 是否发生更新（溢出）中断，方法为：


　　　　if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET){}


　　固件库中清除中断标志位的函数是： 


　　　　void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT)


　　该函数的作用是，清除定时器 TIMx 的中断 TIM_IT 标志位。使用起来非常简单，比如在TIM3 的溢出中断发生后，要清除中断标志位，方法是：


　　　　TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update );


　　这里需要说明一下，固件库还提供了两个函数用来判断定时器状态以及清除定时器状态标志位的函数 TIM_GetFlagStatus 和 TIM_ClearFlag，作用和前面两个函数的作用类似。只是在 TIM_GetITStatus 函数中会先判断这种中断是否使能，使能了才去判断中断标志位，而TIM_GetFlagStatus 直接用来判断状态标志位。


4、软件设计


　　1）初始化设置 




 1 #include "timer.h"
 2 #include "led.h"
 3 //通用定时器中断初始化
 4 //这里时钟选择为APB1的2倍，而APB1为36M
 5 //arr：自动重装值。
 6 //psc：时钟预分频数
 7 //这里使用的是定时器3!
 8 void Timerx_Init(u16 arr,u16 psc)
 9 {
10     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
11     NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
12 
13     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
14 
15     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 5000; //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，计数到5000为500ms
16     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(7200-1); //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  10Khz的计数频率  
17     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
18     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
19     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
20  
21      
22     TIM_ITConfig(  //使能或者失能指定的TIM中断
23         TIM3, //TIM2
24         TIM_IT_Update  |  //TIM 中断源
25         TIM_IT_Trigger,   //TIM 触发中断源 
26         ENABLE  //使能
27         );
28      
29     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;  //TIM3中断
30     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //先占优先级0级
31     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //从优先级3级
32     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
33     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
34 
35     TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx外设
36                              
37 }
38 
39 void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中断
40 {
41     if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源 
42         {
43         TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源 
44      
45         //GPIO_WriteBit(GPIOD, GPIO_Pin_2, (BitAction)(1 - GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOD, GPIO_Pin_2)));
46         LED1=!LED1;
47         }
48 }


　　系统初始化的时候在默认的系统初始化函数 SystemInit 函数里面已经初始化 APB1 的时钟为 2 分频，所以 APB1 的时钟为 36M，而从 STM32 的内部时钟树图得知：当 APB1 的时钟分频数为 1 的时候，TIM2~7 的时钟为 APB1 的时钟，而如果 APB1 的时钟分频数不为 1，那么 TIM2~7 的时钟频率将为 APB1 时钟的两倍。因此， TIM3 的时钟为 72M，再根据我们设计的 arr 和 psc 的值，就可以计算中断时间了。计算公式如下：


　　　　Tout= ((arr+1)*(psc+1))/Tclk；


　　其中：


　　　　Tclk：TIM3 的输入时钟频率（单位为 Mhz）。


　　　　Tout：TIM3 溢出时间（单位为 s）。


　　2）主函数




 1 int main(void)
 2 { 
 3     delay_init();        　　//延时函数初始化 
 4     NVIC_Configuration();　　//设置 NVIC 中断分组 2:2 位抢占优先级，2 位响应优先级 
 5     uart_init(9600);　　　　　//串口初始化波特率为 9600
 6     LED_Init();　　　　　　　　//LED 端口初始化
 7     TIM3_Int_Init(4999,7199);  //10Khz 的计数频率，计数到 5000 为 500ms 
 8     while(1)
 9     {
10     　　LED0=!LED0;
11     　　delay_ms(200);   
12     }   
13 }          


　　此段代码对 TIM3 进行初始化之后，进入死循环等待 TIM3溢出中断，当 TIM3_CNT 的值等于 TIM3_ARR 的值的时候，就会产生 TIM3 的更新中断，然后在中断里面取反 LED1，TIM3_CNT 再从 0  开始计数。根据上面的公式，我们可以算出中断溢出时间为500ms。


　　　　Tout= ((4999+1)*( 7199+1))/72=500000us=500ms。