运动控制器17：STM32的通用定时器

TIMx简介

• 可编程预分频驱动
• 16位
• 自动装载计数器
• 用于
  • 输入：测试脉冲宽度
  • 输出：产生输出波形（输出比较和PWM）
• RCC预分频和定时器预分频，精度：nus级
• 定时器完全独立

TIMx主要功能

• 通用定时器包括TIM2 3 4 5
• 16位向上，向下，向上/向下自动装载
• 预分频
• 4个通道：输入捕获，输出比较，PWM生成，单脉冲输出
• 外部信号控制定时器实现同步
• 中断：更新，触发事件（起停，初始化和外内触发）以及输入捕获和输出比较
• 支持编码器和霍尔传感器
• 触发输入可用于电流管理

TIMx功能描述

时基单元

• 定时器组成为16位计数器和自动装载寄存器
• 可向上，向下和上下双向计数
• 三个重要寄存器：计数器，预分频，自动装载
• 更新事件：UEV
• 自动装载寄存器：ARR
• 预装载寄存器：PSC

计数器模式,一共有三种

向上计数模式

• 从0到ARR，产生UEV
• 可以禁止更新，否则ARR的影子寄存器也会被更新
• 更新时，所有的寄存器都更新

向下计数模式

• 基本同上文，从ARR到0

双向计数模式

• 基本同上文，有两次UEV产生

时钟选择

1. 内部时钟最常用
2. 外部时钟模式有两种，TIx和ETR
   流程如下：（相当于是计数）
   • 设置检测的通道
   • 选择滤波器带宽
   • 上升沿极性
   • 选择定时器时钟模式
   • 选择触发输入源
   • 启动定时器
     ETR模式时，设置滤波，分频，检测沿和开启模式和定时器即可，基本同TIX
3. 内部触发IIRx，可以将两个定时器进行联动

捕获和比较通道

• 包括比较寄存器
  • 输入为数字滤波，多路复用和预分频器
  • 输出为比较器和输出控制

输入捕获模式

• 捕获的概念一定要搞懂：捕获模式下，当检测到某种边沿的信号时，计数器的当前值被锁存到CCR中，SR置位，产生中断或者DMA操作，这样的功能可以用来测试PWM的宽度。
• 编程步骤如下：

• 选择输入端
• 配置滤波器的带宽
• 设置有效边沿
• 设置预分频
• 允许捕获寄存器操作
• 允许中断

PWM输入模式

• 这个是输入捕获模式的一个特例，比如我们要测试PWM的占空比，CCR1用于保存周期，CCR2保存高电平事件，如下图：

  
  
  

  3.png
• 操作如下：

• 设置CCR1和CCR2的有效输入
• 设置CCR1和CCR2有效极性
• 设置有效的触发信号

输出比较模式

• 比较输出功能用于控制一个输出的波形，或者指示一段时间已经到，将计数器与比较寄存器进行对比，相同时输出到设置的引脚，输出的电平同样可以设置。
• 设置中断位，产生中断或者DMA操作
• 输出比较模式的设置流程如下：

• 选择时钟
• 将数据写入ARR和CCR中
• 如需要，设置中断和DMA
• 设置输出模式（电平极性）

• 启动

  
  
  

  4.png

PWM模式

比如要输出周期为8，高电平占3的PWM输出波形，则ARR为8，而CCRX为3，

• ARR决定频率
• CCRx决定占空比

• 同样可以分为向上对齐，向下对齐和中央对齐的方式，下面是中央对齐方式的输出

  
  
  

  5.png

单脉冲模式

外部引脚接收到一个脉冲，比如按键，我们需要延时TDELAY以后，产生一个脉宽为TPULSE的脉冲。其中延时由CCR1来决定，脉冲由ARR-CCR1来决定.

在外部事件时清除OCXREF

这种方式下可以用于做电流控制，正常比较输出模式下，计数超过CCRX时，输出为低电平，如果CCRX固定，则输出的脉宽是固定的，但如果有外部引脚输入一个高电平（电流超出），则直接拉低输出。

编码器接口模式

这个在步进电机上会有用到，重点关注一下，图如下：

6.png

• 可以设置在T1和T2计数或者同时计数
• 选择极性，这里为上升沿计数，同时可以设置滤波器
• 通过两个输入的顺序，确定方向，这个方向值实时检测，相当于两个脉冲的顺序，为定时器增加了一个方向控制的信号，当然，定时器的其他功能都可以正常使用。
• 增量编码器还有一个引脚为机械零点，我们可以设置成为外部中断，在中断服务程序中设置计数器进行复位。
• 编码器输出给单片机建议使用比较器进行隔离，以提高抗干扰能力
• 两个编码器输入事件的间隔信息，我们可以读取以后，从而转换成机械的动态信息（速度，加速度，减速度）

定时器输入异或功能

略

定时器和外部触发的同步

定时器和外部信号组合在一起，有三种模式

1. 复位模式
   外部脉冲输入时，所有的寄存器重新读取，重新计时，同时触发标志，进行中断和DMA请求。
2. 门控模式
   只在有外部信号时计数，其他事件计数器暂停。
3. 触发模式
   有某个事件时，使能计数器
4. 外部时钟模式+触发模式
   时钟由外部输入，同时用触发信号进行控制。

定时器同步

一个定时器处于主模式，对另外一个处于从模式的定时器进行复位，启动，停止和提供时钟等操作。

1. 做为分频器

配置定时器1为主模式，每次中断时输出一个上升沿
上升沿连接到定时器2，配置定时器2为从模式
把定时器2用外部时钟模式1下，这样就连接起来了
最后启动两个定时器

2. 使能从定时器

同样设置定时器1为主模式
设置定时器1的OC1REF波形，输出比较
配置定时器2的触发
定时器2为门控模式，也就是说，定时器1溢出以后，才控制定时器2开始计数
最后启动两个定时器

3. 一个定时器去启动另一个定时器

有点类似于接力棒，一个定时器截至以后，另外一个接着计数，但是计数器1在重新计数

4.外部信号同步启动两个定时器