嵌入式接口之TIM定时器与NVIC的STM32模板库函数的一些解释

前言

下面将讲解一下STM32中的定时器TIM的一些基本操作。这同样也是考试的重点内容之一，比较光自己看一遍印象还是不深刻，写篇博客就会逼自己去弄得更明白一点。

定时基本方法

1.软件延时：CPU执行一段“空”程序实现延时
优点：不需要添加额外的硬件设备，简单易实现
缺点：占用CPU时间，精度受中断及CPU主频时钟影响

2.硬件延时电路：采用附加的数字电路（如555单稳态芯片）产生特定的延时。
优点：不占用CPU时间
缺点：改变延时时间需要调整电路参数（电阻、电容值），通用性灵活性差，时间精度受电路参数影响，稳定性差

3.可编程定时器（计数器）：
以专用芯片（如Intel8253）或MCU中集成的定时器接口设备（如STM32中的TIM1~8 ）来进行定时。
优点：定时器初始化后就独立于CPU工作，不占用CPU时间，时间长短不限，使用灵活精度高。
缺点：增加硬件成本

STM32的时钟

51单片机采用石英晶体和振荡电路构成的时钟模块，来为系统提供时钟脉冲。此类时钟电路结构简单，输出时钟的频率取决于石英晶体的谐振频率，且只有单一频率时钟输出。受加工工艺等影响，高频石英车成本较高，对于需要频率为72MHz等处理器，常用锁相环技术把低频时钟信号升到一个较高频率。
STM32片内除ARM Cortx - M3内核，还有众多用途各异的外设，既有需要高速时钟的外设，也有需要低速时钟的外设，因此还需要分频器将时钟频率降到一个合适的频率供外设使用。

STM的定时器TIM

通用定时器的结构

从图中可以看出STM32的通用定时器分为时基单元、输出比较单元和输入捕获单元三大部分。

时基单元

时基单元简单来讲就是可以实现计数的功能，以向上计数为例，定时器初始化完成后，被选做计数器时钟源的时钟CS_PSK经过预分频器分频后作为计数脉冲施加到计数器上，计数器的值随着CK_CNT开始从0递增，当计数到自动重加载值（ARR的值）之后，产生计数器向上溢出更新事件，并且开始新一轮的计数。

例子讲解

问题：利用定时器接口TIM3,实现1s定时，利用TIM3定时器中断，在中断服务程序让LED0~1闪烁一次。
下面将讲解STM32模板库中对于的核心代码

TIM_TimeBaseInit

用于初始化对应的定时器外设

TIM_TimeBaseInitTypeDef

其中各个参数的一般取值和解释如下：

TIM_Cmd

用于使能TIMx

TIM _ITConfig

使能或使能TIM的中断。

核心代码

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
//使能TIM3的时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
//计数器计数10000次就发生更新事件（因为从0开始需要-1）
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 10000-1;
//分频器设置7200（因为从0开始需要-1），那么系统时钟经过分频器就变为10KHz
//再通过计数器计数就是10K / 10K = 1Hz，正好就是1s一次
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 7200-1;
//设置TIM3控制寄存器CR1的CKD[2:0] = 00，使tDTS = tCK_INT
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0x0;
//向上计数模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
//初始化TIM3
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
//允许TIM3更新中断
TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
//设置TIM3的控制器CR1的CEN位，开启定时器TIM3
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

由于是使用TIM中断实现，那么中断离不开NVIC，因此还需要配置NVIC以及对于的中断服务程序，这里就不一一列举出来了。

输出比较单元

输出比较功能由一个捕获/比较寄存器CCR和计数器CNT以及相应的输出部分组成。
在运行的过程中，如果CNT==CCR1那么执行以下操作：

设置通道输出值：输出比较模式OC1M[2:0] (捕获/比较模式寄存器TIMx_CCMR1中)决定中间信号OC1REF值高有效，OC1REF和输出有效极
性选择位CC1P（捕获/比较使能寄存器TIMx_CCER）决定OC1输出值。

例子讲解

利用TIM3的输出比较功能，产生10Hz的方波，用来控制LED0闪烁。

分析：让TIM3基本定时器工作在0.5s定时状态（20Hz ）,再利用TIM3_CH2通道的输出比较功能，在“相等则翻转模”式下，每次间隔0.5s,出现一次翻转，产生10Hz的方波输出。

这里需要调用TIM对应的输出比较模式，因此也需要使用对应的接口驱动函数。但是由于我手上的函数库可能有点老了，这块代码好像对不上，就不详细将其中的函数和参数了。直接讲核心代码好了

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
//使能TIM3的时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
//计数器计数500次就发生更新事件（因为从0开始需要-1）
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 500-1;
//分频器设置7200（因为从0开始需要-1），那么系统时钟经过分频器就变为10KHz
//再通过计数器计数就是10K / 500 = 20Hz
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 7200-1;
//设置TIM3控制寄存器CR1的CKD[2:0] = 00，使tDTS = tCK_INT
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0x0;
//向上计数模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
//初始化TIM3
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
//初始化TIM3_CH2输出翻转模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Toggle;
//比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
//输出极性,TIM输出比较极性高
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
//设置比较输出寄存器TIM3_CCR2的值,每计数达到200次信号翻转一次，定时器输出20Hz,那么方波就为10Hz，（0-499都可以，因为计数器范围是0-499）
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 200;
//初始化TIM3_OC2
TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
//使能TIM3在CCR2上的预加载寄存器
TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
//使能TIM3
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

输入捕获单元

输入捕获是指通过对引脚输入信号电平变化的检测，在发现电平变化时，保存计数器的值到输入捕获寄存器中，同时设置输入捕获状态标志位；如果允许中断，则向CPU发出中断请求，进而实现对事件发生间隔时间的测量以及对实时事件的响应。
用途：雷达测速、超声波测距、发动机转速以及车速的测量等。

输入捕获功能由捕获信号输入部分（数字滤波、边沿检测和预分频器），捕获/比较寄存器TIMx_CCRx以及计数器CNT组成。

输入滤波器对TI1输入信号采样滤波得到信号TI1F，经带极性选择的边沿检测器后获得有效沿信号TI1FP1，进而得到输入捕获信号IC1，此信号再经分频得到IC1PS。当一个有效的IC1PS来到后，即触发捕获事件，计数器当前值被锁存到捕获/比较寄存器TIMx_CCR1中，同时通道1捕获/比较标志CC1IF（TIMx_SR寄存器）被置1。

例子讲解

利用TIM2的输入捕获功能，测量任意PWM信号的频率和占空比。

核心代码如下：

	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	
	//定义时钟频率并设置ARR到最大值
	u32 CK_INT_FREQ = 72000000;
	//定义内部时钟源CK_INT频率为72MHz
	u32 CK_CNT_FREQ = 1000 * 1000;
	//设置预分频比PSC的值
	u16 PrescalerValue = (u16)(CK_INT_FREQ/CK_CNT_FREQ-1);
	// ARR计数初值65535，测量范围：PWM周期<65536 * 1us = 0.06536s
	//PWM频率 > 16.258Hz
	u16 ARRValue = 65535;
	//使能时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    //设置定时器复位模式并选定复位触发信号
	TIM_SelectSlaveMode(TIM2, TIM_SlaveMode_Reset);
	//将TIM2复位从模式（SMS=100），每次TRIG上跳沿引起TIM2_CNT复位。
	//选择TI1FP作为触发信号TRIG
	TIM_SelectInputTrigger(TIM2, TIM_TS_TI1FP1);
	
	//配置TIM2定时器
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = ARRValue;
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = PrescalerValue;
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
	//向上计数模式
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

	//设置TIM2的捕获通道IC1
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel=TIM_Channel_1;
	//TIM2_TI1输入信号不滤波
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter=0x0;
	//IC1选择TI1的边缘极性信号TI1FP1(CC1S=01)
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_DirectTI;
	//上升沿触发捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
	//IC1信号不分配得到IC1PS
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPSC_DIV1;
	//初始化TIM2的IC1
	TIM_PWMIConfig(TIM2, &TIM_ICInitStructure);
	//允许IC1捕获中断
	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_CC1, ENABLE);
	//使能IC1输入捕获中断
	TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC1);
	开启TIM2
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
	
	//配置NVIC
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);


//-------------------------------------------------------------------
//NVIC中断服务程序
	float PWMDutyResult=0;
	float PWMFreqResult=0;
	u16 IC1Value=0;
	u16 IC2Value=0;
	void TIM2_IRQHandler(void)   //中断服务程序
{	
	IC1Value=TIM_GetCapture1(TIM2);
	IC2Value=TIM_GetCapture2(TIM2);
	if(IC1Value != 0 && IC2Value != 0)
	{
	PWMDutyResult = (float)(IC2Value+1) * 100 / (IC1Value + 1);
	PWMFreqResult = (float)(1000000 / (IC1Value + 1));
	
	//清空中断标志位
	TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC1);
	}
}