STM32处理器定时器分析（实现一个定时中断）

前言：

1.本博文基于STM32F103ZET6芯片和ST官方提供的3.5.0库函数；
2.学习过51单片机学习STM32定时器会容易理解一些，但是两个定时器的实力有很大的距离；
3.定时器是难点也是重点；本博文以通用定时器TIM2~TIM5来说明；例程是TIM3
6.定时器结构稍复杂，寄存器较多，本博文根据一个简单的定时器中断实验展开，所列出的相关寄存器是专门针对本次实验来说的，其他不相关定时器不再列出；

一 STM32定时器的分类

1.高级定时器: TIM1和TIM8
2.通用定时器: TIM2,3,4,5;
3.基本定时器: TIM6和TIM7；

二 通用定时器的功能

（1）16位向上，向下，向上/向下自动装载寄存器（TIMx_CNT）（向上/向下模式也就是中间对齐模式）
（2）16位可编程逻辑预分频器（TIMx_PSC），计数器时钟频率的分频系数为1~65535之间的任意值；
（3）4个独立通道（TIMx_CH1~4）,这些通道可以用来作为：
① 输入捕获 比如：测量输入信号的脉冲宽度
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
（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个定时器控制另一个定时器）的同步电路
（5）如果以下事件发生时产生中断/DMA：
A.更新：计数器向上或向下溢出，计数器初始化（通过软件或内部/外部触发）
B.触发事件（计数器启动，停止，初始化或者内部/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；

三 定时器时钟系统以及时钟源

因为时钟是计算定时器周期的关键因素，所以时钟源的大小和属性必须要熟悉；
（1） 首先看相对应的时钟图

需知1：
基于3.5.0库开发的基础上，程序在运行到main函数之前会调用SystemInit()函数，此函数会配置STM32时钟系统作为初始化，初始化的结果就是：
SYSCLK 72MHz
AHB 72MHz
PLCK1 36MHz
PLCK2 72MHz
PLL 72MHz
APB1 36MHz
需知2：
三种定时器的时钟源（下表中的时钟是基于库函数的配置的）

定时器的时钟不是直接来自APB1或APB2，而是来自于输入为APB1或APB2的一个倍频器。
下面以定时器2~7的时钟说明这个倍频器的作用：当APB1的预分频系数为1时，这个倍频器不起作用，定时器的时钟频率等于APB1的频率；当APB1的预分频系数为其它数值(即预分频系数为2、4、8或16)时，这个倍频器起作用，定时器的时钟频率等于APB1的频率两倍。
假定AHB=36MHz，因为APB1允许的最大频率为36MHz，所以APB1的预分频系数可以取任意数值；当预分频系数=1时，APB1=36MHz，TIM2到5的时钟频率=36MHz(倍频器不起作用)；当预分频系数=2时，APB1=18MHz，在倍频器的作用下，TIM2~7的时钟频率=36MHz。
有人会问，既然需要TIM2到7的时钟频率=36MHz，为什么不直接取APB1的预分频系数=1？答案是：APB1不但要为TIM2到7提供时钟，而且还要为其它外设提供时钟；设置这个倍频器可以在保证其它外设使用较低时钟频率时，TIM2~7仍能得到较高的时钟频率。
再举个例子：当AHB=72MHz时，APB1的预分频系数必须大于2，因为APB1的最大频率只能为36MHz。如果APB1的预分频系数=2，则因为这个倍频器，TIM2~7仍然能够得到72MHz的时钟频率。能够使用更高的时钟频率，无疑提高了定时器的分辨率，这也正是设计这个倍频器的初衷。

需知3： 定时器的时钟源有4个
（1）内部时钟（CK_INT）
本实验采用CK_INT，CK_INT的来源如下图

（2）外部时钟模式1：外部输入引脚（TIx）
（3）外部时钟模式2：外部触发输入（ETR）
（4）内部触发输入（ITRx）：使用定时器A作为定时器B的预分频器（A为B提供时钟源）；

时钟源的选择取决于从模式控制寄存器TIMx_SMCR；

四 涉及到的相关寄存器
（1）控制寄存器1 TIMx_CR1



符号解释：Tdts 采样频率基准 ； Tck_int 定时器输入频率；
时钟分频因子：这个在介绍定时器输入捕获的时候会经常用到；这里先简单介绍，后来再详细介绍：
对于定时器时钟分频因子需要控制寄存器1TIMx_CR1的CKD[1：0]位和从模式寄存器TIMx_SMCR的ETF[3:0]位的配合；
栗子：当Fck_int = 72MHz时，选择Fdts = Fck_int/2 = 36MHz，采样频率Fsampling = Fdts/2 = 18MHz且N=6，则频率高于3MHz的信号将会被滤波器滤除，有效的屏蔽于高于3MHz的干扰；
（2）计数器 TIMx_CNT

（3）预分频器 TIMx_PSC

[15:0]：预分频的值可以在1~65536范围内任意选取；这个值就决定将定时器的输入时钟源频率（比如72MHz）分频为多少；
（4）自动重载寄存器TIMx_ARR

在物理层面上，ARR有两个，分别是程序员可以操作的ARR寄存器和影子寄存器（不能被直接操作的寄存器）；实际上真正起作用的是影子寄存器；在TIMx_CR1寄存器中的ARPE = 1时（TIMx_ARR寄存器被装入缓冲器），在每次更新事件发生的时候，ARR内的值将会被装载到影子寄存器；
（5）中断/DMA中断使能寄存器 TIMx_DIER



[0]：即UIE位为更新中断允许位，控制所有更新中断的产生；
（6）状态寄存器 TIMx_SR

（5）事件产生寄存器TIMx_EGR



这里暂时只看[0]位；
[0]：如果置1将产生更新事件；

这里强调一个很重要的概念，加深一下对更新的理解：
（1）什么是更新？
顾名思义就是一个东西不再继续而回到了原点，比如定时器溢出（这里比如说是上溢出），就是一个更新事件，这件事情一旦发生，就会使得定时器清零，然后继续递增数值，直到下次溢出，然后往复循环；
（2）更新后会造成一些什么？
〇所有的寄存器都将被更新；
Ⅰ预分频器的计数器清零被清零（但是分频系数不变）；
Ⅱ如果使能TIMx_DIER寄存器的第[0]位，则会产生产生更新中断，进入中断函数；
Ⅲ硬件同时（依据URS位）设置更新标志位（TIMx_SR寄存器中的UIF）
Ⅳ重复计数器被重新加载为TIMx_RCR寄存器的值（TIMx_ARR）
（3）产生更新时间的方式
Ⅰ计数器上溢/下溢；
Ⅱ设置UG位；

五 中断周期的计算

T_out = (arr+1)(psc+1)/CK_INT;
T_out：中断产生周期；
arr：自动重装载的值；
psc：预分频寄存器的值；
CK_INT：内部时钟频率；

六 编程步骤

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;	
//第一步：开启要使用的定时器的使能	
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
//初始化定时器：配置定时器的时基单元（TIMx_CNT,TIMx_PSC,TIMx_ARR），计数模式，和分频系数；	
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;      //设置TIMx_CR1寄存器的[9:8]位；这里设置成1分频，即不分频；定时器3的时钟频率等于APB1后的倍频来的值（这里是72MHz）

TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;	//设置TIMx_CR1寄存器的[6:5]位；这里设置为上升模式；
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 4999;	//设置TIMx_ARR寄存器；也就是定时器溢出周期；
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7199;	//设置TIMx_PSC寄存器；定时器的预分频值；（1~65536）

//这里计算一下：溢出周期T = (4999+1)*(7199+1)/72000000 = 0.5s;级每0.5s溢出一次；

TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure); 	//普通定时器初始化；							

//第三步：开启定时器中断
TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE);	//配置TIMx_DIER寄存器的[0]位，使能定时器的更新中断；

//第四步：开启定时器；
TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);		//开启定时器

//第五步：相应中断函数
void TIM3_IRQHandler(void)			
{
		if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)!=RESET)			//检测TIMx_SR寄存器[0]位是否被置位（也即是更新中断是否发生）
		{
				//逻辑代码；
		}
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);			   //清除TIMx_SR寄存器[0]位；
}