STM32单片机（六）TIM定时器 -＞ 第一节：TIM定时中断

❤️ 专栏简介：本专栏记录了从零学习单片机的过程，其中包括51单片机和STM32单片机两部分；建议先学习51单片机，其是STM32等高级单片机的基础；这样再学习STM32时才能融会贯通。
☀️ 专栏适用人群 ：适用于想要从零基础开始学习入门单片机，且有一定C语言基础的的童鞋。
专栏目标：实现从零基础入门51单片机和STM32单片机，力求在玩好单片机的同时，能够了解一些计算机的基本概念，了解电路及其元器件的基本理论等。

⭐️ 专栏主要内容： 主要学习STM32单片机的功能、各个模块、单片机的外设、驱动等，最终玩好单片机和单片机的外设，全程手敲代码，实现我们所要实现的功能。
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本大节主要学习TIM定时器的相关知识，包含八小节：
第一小节主要学习定时器基本定时的功能，第二小节是对第一小节的内容写两个程序进行练习，分别是定时器定时中断和定时器外部时钟；
第三小节主要学习定时器输出比较的功能，第四小节是对第三小节的内容写三个程序进行练习，分别是PWM驱动LED呼吸灯、PWM驱动舵机以及PWM驱动直流电机；
第五小节主要学习定时器输入捕获的功能，第六小节是对第五小节的内容写两个程序进行练习，分别是输入捕获模式测频率和PWMI模式测频率占空比；
第七小节主要学习定时器的编码器接口功能，第八小节是对第七小节的内容写一个程序进行练习，即编码器接口测速；
最终附上所有的源代码；

本小节主要是学习定时器基本定时的功能，也就是定一个时间，然后让定时器每隔这个时间产生一个中断，来实现每隔一个固定时间执行一段程序的目的；

一、定时器基础知识

1.1 TIM简介

• 定时器最基本的功能就是定时触发中断
• 定时器本质就是一个计数器，当这个计数器的输入时一个准确可靠的基准时钟的时候，它对这个基准时钟进行计数的过程，其实就是计时的过程
• 16位计数器、预分频器、自动重装寄存器；这几个寄存器构成了定时器最核心的部分，我们称其为时基单元

1.2 定时器类型

• 需要了解TIM1到TIM8，每个数字都对应着什么类型的定时器
• RCC开启时钟的时候要注意，所使用的定时器使用的总线是APB2还是APB1
• 这三种定时器是由高级向低级向下兼容的

二、定时器分类

2.1 基本定时器

• 预分频器、CNT计数器、自动重装载寄存器，他们构成了最基本的计数计时电路，所以这一块电路就叫做时基电路，如下图所示

• 来自RCC的TIMxCLK主频一般都是72MHz
• 预分频器可以对这个72MHz的计数时钟进行预分频；比如此寄存器给0，那就是不分频，或者说1分频，这时候输出频率=输入频率=72MHz；如果预分频寄存器给1，那就是2分频，输出频率=输入频率/2 = 36MHz；如果预分频寄存器给2，那就是3分频，输出频率=输入频率/3 = 27MHz；以此类推
• 预分频器是16位的，所以其最大值可以写65535，也就是65536分频
• 预分频器就是对输入的基准频率提前进行一个分频的操作
• 计数器可以对预分频后的计数时钟进行计数，计数时钟每来一个上升沿，计数器的值就加1
• 计数器也是16位的，所以里面的值可以从0一直加到65535，如果再加，计数器就会回到0重新开始，所以计数器的值在计时过程中会不断地自增运行，当自增运行到目标值时，产生中断，那就完成了定时的任务
• 自动重装寄存器是一个可以存储目标值的寄存器；
• 自动重装寄存器也是16位的，它存的就是我们写入的计数目标
• 在运行过程中，计数器中的计数值是不断自增的，自动重装值时固定的目标，当计数值等于重装值时，计时时间就到了，就会产生中断信号，并且清零计数器；计数器自动开始下一次的计数计时

• 上图中折线箭头，表示这里会产生中断信号
• 像计数值等于自动重装值产生的中断，我们一般称其为“更新中断”；这个更新中断之后就会通完NVIC，我们再配置好NVIC的定时器通道，那定时器的更新中断就能够得到CPU的响应了。
• 图中向下的折线，表示会产生一个事件，对应的事件称为“更新事件”；
• 更新事件不会触发中断，但可以触发内部其他电路的工作

定时器的定时的总流程如下所示：

2.2 通用定时器

• 通用定时器中，最核心的部分还是时基单元，如上图所示，这部分结构和基本定时器是一样的；且部分的工作流程和基本定时器也是一样的；
• 基本定时器只支持向上计数模式；通用定时器和高级定时器均支持向上计数、向下计数、中央对齐三种计数模式；

• 上图是内外时钟源选择和主从率触发模式的结构
• 时钟源选择：对于基本定时器而言，定时只能选择内部时钟，也就是系统频率72MHz；对于通用定时器，时钟源不仅可以选择内部的72MHz时钟，还可以选择外部时钟，比如来自TIMx_ETR引脚上的外部时钟；

ITR和定时器的连接关系如下图所示：

• ITR0到ITR3分别来自其他4个定时器的TRGO输出，具体的连接关系如下表（手册中）所示：
  
• 上表就是ITR和定时器的连接关系

TIIF_ED从CH1引脚获得时钟，这里后缀加个ED（Edge）就是边沿的意思；

小总结：外部时钟模式1的输入可以是ETR引脚、其他定时器、CH1引脚的边沿、CH1引脚和CH2引脚；如下图所示

• 一般情况下，外部时钟通过ETR引脚就可以了。
• 对于时钟而言，最常用的还是内部的72MHz的时钟
• 如果要使用外部时钟，首选ETR引脚外部时钟模式2的输入，这一路最简单最直接；如下图：

下图部分是输出比较电路，总共有四个通道，分别对应CH1到CH4的引脚，可以用于输出PWM波形，驱动电机。

下图左边红圈部分是输入捕获电路，也是有4个通道，对应的也是CH1到CH4的引脚，可以用于测量输入方波的频率等；

中间部分的捕获/比较寄存器是输入捕获和输出公用的，因为输入捕获和输出比较不能同时使用，所以这里的寄存器是公用的，引脚也是共用的；

2.3 高级定时器

• 高级定时器比通用寄存器增加了一个重复次数寄存器，有了这个寄存器，就可以实现每隔几个计数周期才发生依次更新事件和更新中断；这就相当于对输出的更新信号又做了一次分频，
• 对于高级定时器，我们之前计算的最大定时时间是59秒多，在这里有了重复次数计数器后，就可以再乘一个65536，这就提升了很多的定时时间；这就是重复计数器的工作流程；
  

三、定时中断基本结构

• 由预分频器、计数器、自动重装器组成的时基单元当然还是最重要的部分
• 运行控制可以控制寄存器的一些位，比如启动停止、向上或向下计数等等；操作这些寄存器就能控制时基单元的运行了；
• 时基单元左边部分是为时基单元提供时钟的部分，这里可以选择RCC提供的内部时钟，也可以选择ETR引脚提供的外部时钟模式2；在本小节示例程序里，第一个定时中断就是用的内部时钟这一路；第二个外部时钟就是用的外部时钟模式2这一路；
• 时基单元右边部分，就是计时时间到了之后，产生更新中断后的信号去向；（如果是高级定时器，还会多一个重复计数器）

四、定时器时序

4.1 预分频时序

• 第一行是CK_PSC，预分频器的输入时钟，选内部时钟的话，一般是72MHz
• CNT_EN，计数器使能，高电平计数器正常运行，低电平计数器停止
• CK_CNT，计数器时钟，它既是预分频器的时钟输出，也是计数器的时钟输入

4.2 计数器时序

• 更新中断标志（UIF）只要置1了，就会去申请中断，然后中断响应后，需要在中断程序中手动清零

4.3 计数器无预装时序

• ARPE=1,

4.4 计数器有预装时序

五、 RCC时钟树