嵌入式(5定时器编程)

STM32单片机定时器的分类

• 通用定时器：TIM2~TIM5，（TIM9~TIM14，部分含大容量flash的stm32单片机有，一般以字母F或G结尾）。
• 基本定时器：TIM6和TIM7。
• 高级定时器：小容量、中容量和互联型STM32单片机只有1个高级控制定时器TIM1，而大容量STM32单片机有2个高级控制定时器TIM1和TIM8。

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STM32单片机的通用定时器

通用定时器的定时、计数机制

时基单元

通用定时器的时基单元包含：①16位的计数器(TIMx_CNT)，②16位的预分频器寄存器(TIMx_PSC)，③16位的自动装载寄存器(TIMx_ARR)。

定时时间 = CK_PSC周期 * TIMx_PSC * TIMx_ARR

定时频率 = f_{CK_PSC} / TIMx_PSC / TIMx_ARR

TIMx_PSC(预分频器寄存器)：它是一个16位寄存器，可以将计数器的始终频率按1到2¹⁶之间的任意值分频。(建议不要设置为0，下载程序时有时会出故障)。

TIMx_CNT(计数器寄存器)：16位计数器，由CK_CNT驱动，仅当设置了计数器TIMx_CR1寄存器中的计数器使能位(CEN)为1时，CK_CNT才有效。

TIMx_ARR(自动装载寄存器)：一个16位寄存器(带有缓冲器，即影子寄存器)，可能取值为2到65536。

预装载寄存器(preload register)与影子寄存器(shadow register)

上图带阴影部分的寄存器，物理上这样的寄存器对应两个寄存器，一个是我们能够操作的，称为预装载寄存器，另一个是我们无法操作的，但在操作中实际起作用的寄存器，称为影子寄存器。

• 例如：根据TIMx_CR1寄存器中ARPE位(ARPE：Auto-reload preload enable，自动重装载预装载允许位) 的设置
  • ARPE =0(默认值)：TIMx_ARR寄存器的内容可以随时传递到其影子寄存器中，即两个寄存器是连通的，禁止预装载功能。
  • ARPE =1：TIMx_ARR寄存器的内容在每一次更新事件(UEV)发生时，才传送到其影子寄存器中，开启预装载功能。
• 更新事件：当计数器达到溢出条件(向下计数时的下溢条件)并当TIMx_CR1寄存器中的UDIS位等于0时，产生更新事件。更新事件也可以由软件产生。

ARR（ Auto Reload Register）、PSC（Prescaler）、CCRx（Capture/Compare Register x）都有影子寄存器。对应的使能或失能预装载寄存器的固件库函数如下表：

寄存器	固件库函数	例如
ARR	void TIM_ARRPreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState Newstate)	TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);
PSC	void TIM_PrescalerConfig(TIM_TypeDef* TIMx, u16 Prescaler,u16 TIM_PSCReloadMode)	TIM_PrescalerConfig(TIM2, TIMPrescaler, TIM_PSCReloadMode_Immediate);
CCRx	void TIM_OCxPreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, u16 TIM_OCPreload)	TIM_OC4PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);

其中PSC寄存器第二个参数设置预分频值，可以为0~65535，建议不要取0。最后一个参数TIM_PSCReloadMode选择预分频重载模式，具体取值如下表：

TIM_PSCReloadMode	描述
TIM_PSCReloadMode_Update	TIM预分频值在更新事件装入
TIM_PSCReloadMode_Immediate	TIM预分频值即时装入

设置影子寄存器的好处是，所有真正起作用的影子寄存器(shadow register)可以在同一个时间(发生更新事件时)被更新为所对应的预装载寄存器(preload register)的内容，这样可以保证多个通道的操作能够准确地同步。

计数模式

• 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（即更新）事件或中断。
• 向下计数模式：计数器从自动加载值(TIMx_ARR计数器的内容)开始向下计数到0，然后从自动装入的值开始重新向下计数，并且产生一个计数器向下溢出（即更新）事件或中断。
• 中心对称计数模式：计数器从0开始向上计数到自动加载的值(TIMx_ARR寄存器)−1，产生一个计数器溢出（即更新）事件或中断；然后向下计数到1，产生一个计数器下溢（即更新）事件或中断；之后再从0开始重新向上计数。

TIMx_ARR寄存器内容发生变化时，若ARPE = 0时，自动装载寄存器的内容随时可以传递到影子寄存器中，若ARPE = 1时，自动装载寄存器的内容在每一次更新事件发生时，才传递到影子寄存器。

计数器的时钟源

• 通用定时器的工作模式：
  • 内部时钟模式，即关闭从模式，或称直通模式。SMS=0，并且CEN位=1，即CK_PSC=CK_INT（默认）
  • 从模式（SMS[2:0]：从模式选择 ）
    • 复位模式(SMS=100)：选中的触发输入(TRGI)的上升沿，重新初始化计数器，并且产生一个更新寄存器的信号。
    • 门控模式(SMS=101)：当触发输入(TRGI)为高时，计数器的时钟开启；一旦触发输入变为低，则计数器停止(但不复位)。计数器的启动和停止都是受控的。
    • 触发模式(SMS=110)：计数器在触发输入TRGI的上升沿：启动计数(但不复位)，只有计数器的启动是受控的。
    • 外部时钟模式1(SMS=111)：选中的触发输入(TRGI)的上升沿驱动计数器，来1个上升沿，计数器+1。
    • 编码模式1、2、3。

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，当APB1或APB2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APBx的频率。设置倍频器的目的是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。

通用定时器的定时配置

设置TIMx的内部时钟

计数器的时钟源若来自于内部时钟：则使用RCC_Configuration( )函数，来设置TIMx的内部时钟；若来自外部时钟，则不用设置。

TIM（通用定时器）定义

每个TIM共有18个设置寄存器

定义的代码这里不再给出，大家可以参照<>

使能TIMx对应外设的时钟

RCC_APBxPeriphClockCmd(RCC_APBxPeriph_TIMx, ENABLE);

使能的时候一定要注意自己使用的是那个时钟，如果使用的是高速时钟，它是挂载在APB2总线上的，通用定时器和基本定时器是挂载在APB1总线上的。

复位通用定时器TIMx

TIM_DeInit(TIMx);

复位时为了使ARPE=0，让自动装载寄存器与影子寄存器直接连通。单片机上电即复位，所以一般可以省略。

TIMx的时基单元的参数设置

// TIM_TimeBaseInitTypeDef结构体定义了TIMx的时基单元的参数
typedef struct
{
u16 TIM_Period;  // 设置通用定时器TIMx的周期值(TIMx_ARR = TIM_Period + 1)
u16 TIM_Prescaler;  // 设置通用定时器TIMx的预分频值(TIMx_PSC = TIM_Prescaler + 1)
u8 TIM_ClockDivision;  // 不用于定时，仅仅用于计数，用于定时时不用设置
u16 TIM_CounterMode;  // 设置通用定时器TIMx的计数模式
} TIM_TimeBaseInitTypeDef;

TIM_CounterMode代表定时器的计数模式，其可以设置的值如下：

定时器的计数模式由TIMx_CR1来控制

• 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。DIR=0向上计数，DIR=1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CCxIF ，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CCxIF ，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CCxIF ，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。

初始化TIMx时基单元

TIM_TimeBaseInit(TIMx，&TIM_TimeBaseInitStructure);  //初始化通用定时器TIMx

使能或失能TIMx外设

TIM_Cmd(TIMx,ENABLE);  // 使能TIMx外设
TIM_Cmd(TIMx,DISABLE);  // 失能TIMx外设

TIM_ITConfig

外围设备TIMx，具备若干个可以引起中断的中断源或中断事件，该设备的所有的中断都只能通过指定的“中断通道”TIMx_IRQChannel向内核申请中断。

参数TIM_IT的值如下图：

• TIM_IT_Update：包括上溢和下溢
• TIM_IT_Trigger：上升沿或下降沿触发，用于外部时钟模式1、外部时钟模式2
• 用或运算符“|”可以取上表的一个或者多个取值的组合，即可选择多个中断源。
• 注意：此处，不能选择TIMx中断通道的DMA中断源，它是通过TIM_DMAConfig()函数来设置。

注：每次进入中断后都需要清除中断标志位：TIM_ClearFlag(TIMx, TIM_Flag_Update);

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STM32单片机的基本定时器

• 基本定时器TIM6和TIM7各包含一个时基单元（即16位计数器+16位预分频器+16位自动装载寄存器）。
• 不包含输入捕获单元、输出比较单元等。
• 计数模式：只有向上计数模式（没有向下、中央对齐模式）
• 它们可以为通用定时器提供时间基准，特别地可以为数模转换器(DAC)提供时钟。实际上，它们在芯片内部直接连接到DAC并通过触发输出直接驱动DAC。
• 这2个定时器是互相独立的，不共享任何资源。

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STM32单片机的高级定时器

• 高级控制定时器(TIM1和TIM8)各包含：
  • 一个时基单元（即16位计数器+16位预分频器+16位自动装载寄存器）
  • 一个输入捕获单元（包含4个输入捕获通道）
  • 一个输出比较单元（包含4个输出比较通道：其中3个通道可输出互补信号，故该单元共可以输出7路信号）

它适合多种用途，包含测量输入信号的脉冲宽度(输入捕获)，或者产生输出波形(输出比较、PWM、嵌入死区时间的互补PWM等)，特别适合于电机控制。

高级定时器和通用定时器配置的不同之处：

高级定时器有多个中断通道：

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脑图

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普通定时器和高级定时器课程学习目前较少，日后学习过后一定补充。