定时器

(该部分内容比较多,只做思路整理)
stm32F103系列有12个定时器:2个高级定时器,4个普通定时器,2个基本定时器,2个看门狗定时器,1个系统嘀嗒定时器,1个RTC实时时钟。


定时器.jpg

三种定时器比较.PNG

TIM1和TIM8是高级定时器
TIM2-TIM5是通用定时器
TIM6和TIM7是基本定时器
向上计数模式:从0开始,计到arr预设值,产生溢出事件,返回重新计时 向下计数模式:从arr预设值开始,计到0,产生溢出事件,返回重新计时 中央对齐模式:从0开始向上计数,计到arr产生溢出事件,然后向下计数,计数到1以后,又产生溢出,然后再从0开始向上计数。(此种技术方法也可叫向上/向下计数)
基本定时器(TIM6,TIM7)的主要功能: 只有最基本的定时功能。基本定时器TIM6和TIM7各包含一个16位自动装载计数器,由各自的可编程预分频器驱动。

通用定时器(TIM2~TIM5)的主要功能: 除了基本的定时器的功能外,还具有测量输入信号的脉冲长度( 输入捕获) 或者产生输出波形( 输出比较和PWM)。

高级定时器(TIM1,TIM8)的主要功能: 高级定时器不但具有基本,通用定时器的所有的功能,还具有控制交直流电动机所有的功能,比如它可以输出6路互补带死区的信号,刹车功能等等。

系统节拍定时器

系统节拍定时器SysTick属于Cortex-M3内核的组件,是一个24B的减计数器,常用于产生100Hz的定时中断(即系统节拍定时器异常,异常号:15),用作嵌入式实时操作系统的时钟节拍。
SysTick定时器能产生中断,CM3为它专门开出一个异常类型,并且在向量表中有它的一席之地。它使操作系统和其它系统软件在CM3器件间的移植变得简单多了,因为在所有CM3产品间对其处理都是相同的。它有4个寄存器。


SysTick控制及状态寄存器STCTRL.PNG

SysTick重装载数值寄存器STRELOAD.PNG

SysTick当前数值寄存器STCURR.PNG

SysTick校准数值寄存器STCALIB.PNG

校准值寄存器提供了这样一个解决方案:它使系统即使在不同的CM3产品上运行,也能产生恒定的SysTick中断频率。最简单的作法就是:直接把TENMS的值写入重装载寄存器,这样一来,只要没突破系统极限,就能做到每10ms来一次 SysTick异常。
配置过程:(1)配置STCTRL的TICKINT和CLKSOURCE,开中断,选择时钟源;(2)向STCURR寄存器写任意值,清楚STCURR和STCTRL中COUNTFLAG标志;(3)向STRELOAD写入720000-1(当系统频率72MHz);(4)配置STCTRL第0位为1,启动系统定时节拍器。

独立看门狗

STM32F10xxx 内置两个看门狗,提供了更高的安全性、时间的精确性和使用的灵活性。两个看门狗设备(独立看门狗和窗口看门狗)可用来检测和解决由软件错误引起的故障;当计数器达到给定的超时值时,触发一个中断或产生系统复位。独立看门狗(IWDG)由专用的 40kHz 的低速时钟为驱动;因此,即使主时钟发生故障它也仍然有效。窗口看门狗由从 APB1 时钟分频后得到的时钟驱动,通过可配置的时间窗口来检测应用程序非正常的过迟或过早的行为。IWDG 最适合应用于那些需要看门狗作为一个在主程序之外,能够完全独立工作,并且对时间精度要求较低的场合。WWDG 最适合那些要求看门狗在精确计时窗口起作用的应用程序。
独立看门狗的时钟是一个内部 RC 时钟,所以并不是准确的 40Khz,而是在 30~60Khz 之间的一个可变化的时钟,只是我们在估算的时候,以 40Khz 的频率来计算,看门狗对时间的要求不是很精确,所以,时钟有些偏差,都是可以接受的。


独立看门狗框图.PNG

键值寄存器IWDG_KR.PNG

在键寄存器(IWDG_KR)中写入 0xCCCC,开始启用独立看门狗;此时计数器开始从其复位值 0xFFF 递减计数。当计数器计数到末尾 0x000 时,会产生一个复位信号(IWDG_RESET)。 无论何时,只要键寄存器 IWDG_KR 中被写入 0xAAAA, IWDG_RLR 中的值就会被重新加载到计数器中从而避免产生看门狗复位。IWDG_PR 和 IWDG_RLR 寄存器具有写保护功能。要修改这两个寄存器的值,必须先向IWDG_KR 寄存器中写入 0x5555。将其他值写入这个寄存器将会打乱操作顺序,寄存器将重新被保护。重装载操作(即写入 0xAAAA)也会启动写保护功能。


预分频寄存器IWDG_PR.PNG

续.PNG

重装载计时器IWDG_RLR.PNG

状态寄存器IWDG_SR.PNG

设置步骤:

1 )向 向 IWDG_KR 写入 0X5555 。
通过这步,我们取消 IWDG_PR 和 IWDG_RLR 的写保护,使后面可以操作这两个寄存器。设置 IWDG_PR 和 IWDG_RLR 的值。这两步设置看门狗的分频系数,和重装载的值。由此,就可以知道看门狗的喂狗时间(也就是看门狗溢出时间),该时间的计算方式为:Tout=((4×2^prer) ×rlr) /40其中 Tout 为看门狗溢出时间(单位为 ms);prer 为看门狗时钟预分频值(IWDG_PR 值),范围为 0~7;rlr 为看门狗的重装载值(IWDG_RLR 的值);比如设定 prer 值为 4,rlr 值为 625,那么就可以得到 Tout=64×625/40=1000ms,这样,看门狗的溢出时间就是 1s,只要在一秒钟之内,有一次写入 0XAAAA 到 IWDG_KR,就不会导致看门狗复位(当然写入多次也是可以的)。看门狗的时钟不是准确的 40Khz,所以在喂狗的时候,最好不要太晚了,否则,有可能发生看门狗复位。
2 )向 向 IWDG_KR 写入 0XAAAA 。
通过这句,将使 STM32 重新加载 IWDG_RLR 的值到看门狗计数器里面。即实现独立看门狗的喂狗操作。
3 )向 向 IWDG_KR 写入 0XCCCC 。
通过这句,来启动 STM32 的看门狗。注意 IWDG 在一旦启用,就不能再被关闭!想要关闭,只能重启,并且重启之后不能打开 IWDG,否则问题依旧,所以如果不用 IWDG 的话,就不要去打开它,免得麻烦。

窗口看门狗

窗口看门狗通常被用来监测由外部干扰或不可预见的逻辑条件造成的应用程序背离正常的运行序列而产生的软件故障。除非递减计数器的值在 T6 位变成 0 前被刷新,此看门狗电路在达到可编程的时间周期时,会产生一个 MCU 复位。在递减计数器达到窗口寄存器值之前,如果递减计数器值的第 7 位(在控制寄存器中)被刷新, 那么也将产生一个 MCU 复位。这表明递减计数器需要在一个有限的窗口中被刷新。


窗口看门狗框图.PNG

窗口看门狗时序图.PNG

T[6:0]就是 WWDG_CR 的低七位,W[6:0]即是 WWDG->CFR 的低七位。T[6:0]就是窗口看门狗的计数器,而 W[6:0]则是窗口看门狗的上窗口,下窗口值是固定的(0X40)。当窗口看门狗的计数器在上窗口值之外被刷新,或者低于下窗口值都会产生复位。上窗口值(W[6:0])是由用户自己设定的,根据实际要求来设计窗口值,但是一定要确保窗口值大于 0X40,否则窗口就不存在了(最大0x7F最小0x41)。
窗口看门狗的超时公式如下:
Twwdg=(4096×2^WDGTB×(T[5:0]+1)) /Fpclk1;
其中:
Twwdg:WWDG 超时时间(单位为 ms)
Fpclk1:APB1 的时钟频率(单位为 Khz)
WDGTB:WWDG 的预分频系数
T[5:0]:窗口看门狗的计数器低 6 位
根据上面的公式,假设 Fpclk1=36Mhz,那么可以得到最小-最大超时时间表如表所示:


超时表.PNG
控制寄存器WWDG_CR.PNG

可以看出,这里的 WWDG_CR 只有低八位有效,T[6:0]用来存储看门狗的计数器值,随时更新的,每个窗口看门狗计数周期(4096×2^ WDGTB)减 1。当该计数器的值从 0X40 变为 0X3F 的时候,将产生看门狗复位。WDGA 位则是看门狗的激活位,该位由软件置 1,以启动看门狗,并且一定要注意的是该位一旦设置,就只能在硬件复位后才能清零。

配置寄存器WWDG_CFR.PNG

该位中的 EWI 是提前唤醒中断,也就是在快要产生复位的前一段时间(T[6:0]=0X40)来提醒我们,需要进行喂狗了,否则将复位!因此,我们一般用该位来设置中断,当窗口看门狗的计数器值减到 0X40 的时候,如果该位设置,并开启了中断,则会产生中断,我们可以在中断里面向 WWDG_CR 重新写入计数器的值,来达到喂狗的目的。注意这里在进入中断后,必须在不大于1个窗口看门狗计数周期的时间(在PCLK1频率为36M且WDGTB为0的条件下,该时间为 113us)内重新写 WWDG_CR,否则,看门狗将产生复位!

状态寄存器WWDG_SR.PNG

该寄存器用来记录当前是否有提前唤醒的标志。该寄存器仅有位 0 有效,其他都是保留位。当计数器值达到 40h 时,此位由硬件置 1。它必须通过软件写 0 来清除。对此位写 1 无效。即使中断未被使能,在计数器的值达到 0X40的时候,此位也会被置 1。

步骤:
1 ) 使能 WWDG 时钟
WWDG 不同于 IWDG,IWDG 有自己独立的 40Khz 时钟,不存在使能问题。而 WWDG使用的是 PCLK1 的时钟,需要先使能时钟。
2 ) 设置 WWDG_CFR 和 和 WWDG_CR 两个寄存器
在时钟使能完后,我们设置 WWDG 的 CFR 和 CR 两个寄存器,对 WWDG 进行配置。包括使能窗口看门狗、开启中断、设置计数器的初始值、设置窗口值并设置分频数 WDGTB 等。
3 ) 开启 WWDG 中断并分组
在设置完了 WWDG 后,需要配置该中断的分组及使能。这点通过之前所编写的MY_NVIC_Init 函数实现就可以了。(计数器减到0x40产生中断,减到0x3F产生复位)
4 ) 编写中断服务函数
在最后,还是要编写窗口看门狗的中断服务函数,通过该函数来喂狗,喂狗要快,否则当窗口看门狗计数器值减到 0X3F 的时候,就会引起软复位了。在中断服务函数里面也要将状态寄存器的 EWIF 位清空。
与独立看门狗区别:1)时钟源不同,故窗口看门狗需要配置时钟,分频设置;2)有窗口,在上窗口之外喂狗也会产生复位;3)有中断,通过CFREWI位开启中断,计数减到0x40产生中断,减到0x3F产生复位,可以通过中断服务函数喂狗,清除状态寄存器的EWIF位,退出中断;

RTC实时时钟

STM32 的实时时钟(RTC)是一个独立的定时器。STM32 的 RTC 模块拥有一组连续计数的计数器,在相应软件配置下,可提供时钟日历的功能。修改计数器的值可以重新设置系统当前的时间和日期。
RTC 模块和时钟配置系统(RCC_BDCR 寄存器)是在后备区域,即在系统复位或从待机模式唤醒后 RTC 的设置和时间维持不变。但是在系统复位后,会自动禁止访问后备寄存器和 RTC,以防止对后备区域(BKP)的意外写操作。所以在要设置时间之前, 先要取消备份区域(BKP)写保护。


RTC框图.PNG

RTC 由两个主要部分组成,第一部分(APB1 接口)用来和 APB1 总线相连。此单元还包含一组 16 位寄存器,可通过 APB1 总线对其进行读写操作。APB1 接口由 APB1 总线时钟驱动,用来与 APB1 总线连接。另一部分(RTC 核心)由一组可编程计数器组成,分成两个主要模块。第一个模块是 RTC 的预分频模块,它可编程产生 1 秒的 RTC 时间基准 TR_CLK。RTC 的预分频模块包含了一个 20位的可编程分频器(RTC 预分频器)。如果在 RTC_CR 寄存器中设置了相应的允许位,则在每个TR_CLK 周期中 RTC 产生一个中断(秒中断)。第二个模块是一个 32 位的可编程计数器,可被初始化为当前的系统时间,一个 32 位的时钟计数器,按秒钟计算,可以记录 4294967296 秒,约合 136 年左右,作为一般应用,这已经是足够了的。RTC 还有一个闹钟寄存器 RTC_ALR,用于产生闹钟。系统时间按 TR_CLK 周期累加并与存储在 RTC_ALR 寄存器中的可编程时间相比较,如果 RTC_CR 控制寄存器中设置了相应允许位,比较匹配时将产生一个闹钟中断。
RTC 内核完全独立于 RTC APB1 接口,而软件是通过 APB1 接口访问 RTC 的预分频值、计数器值和闹钟值的。但是相关可读寄存器只在 RTC APB1 时钟进行重新同步的 RTC 时钟的上升沿被更新,RTC 标志也是如此。这就意味着,如果 APB1 接口刚刚被开启之后,在第一次的内部寄存器更新之前,从 APB1 上读取的 RTC 寄存器值可能被破坏了(通常读到 0)。因此,若在读取 RTC 寄存器曾经被禁止的 RTC APB1 接口,软件首先必须等待 RTC_CRL 寄存器的 RSF位(寄存器同步标志位,bit3)被硬件置 1。
寄存器:
(1)RTC控制寄存器RTC_CRH
16位寄存器,第[2:0]位有效,为1分别开启溢出中断、报警(闹钟)中断、秒表中断。
(2)RTC控制寄存器RTC_CRL
16位寄存器,[5:0]位有效。[2:0]分别为溢出、报警、秒表中断标志位,为1表示中断发生了,写入0清零。第3位为RSF位,当RTC各个寄存器同步后硬件置1,可写入0清0;第4位为CNF位,写入1表示进入配置模式,写入0表示退出配置模式。第5位为只读的RTOFF位,读出0表示写寄存器正在处理中,读出1表示写RTC寄存器操作已经完成。
RTC模块各个寄存器访问规则:首先,确认RTOFF位为1;配置CNF位为1进入配置模式;配置各个RTC寄存器;清零CNF位退出配置;等待RTOFF位为1;
(3)RTC预装值寄存器RTC_PRLH和RTC_PRLL
两个16位寄存器。RTC_PRLH的第[3:0]位(PRL[19:16])与RTC_PRLL的第[15:0]位(作为PRL[15:0])组合成PRL[19:0]。
(4)RTC预分频器寄存器RTC_DIVH和RTC_DIVL
这两个寄存器的作用就是用来获得比秒钟更为准确的时钟,比如可以得到 0.1 秒,或者 0.01 秒等。该寄存器的值自减的,用于保存还需要多少时钟周期获得一个秒信号。在一次秒钟更新后,由硬件重新装载。这两个寄存器和 RTC 预分频装载寄存器的各位是一样的。
(5)RTC计数器寄存器 RTC_CNTH 和 RTC_CNTL
总共 32 位,用来记录秒钟值(一般情况下)。该寄存器的修改要进入配置模式才能进行。
(6)RTC报警寄存器RTC_ALRH 和 RTC_ALRL
总共也是 32 位,用来标记闹钟产生的时间(以秒为单位),如果 RTC_CNT 的值与 RTC_ALR 的值相等,并使能了中断的话,会产生一个闹钟中断。该寄存器的修改也要进入配置模式才能进行。
备份寄存器是 42 个 16 位的寄存器,可用来存储 84 个字节的用户应用程序数据。他们处在备份域里,当 VDD 电源被切断,他们仍然由 VBAT 维持供电。即使系统在待机模式下被唤醒,或系统复位或电源复位时,他们也不会被复位。复位后,对备份寄存器和 RTC 的访问被禁止,并且备份域被保护以防止可能存在的意外的写操作。
执行以下操作可以使能对备份寄存器和 RTC 的访问:
1)通过设置寄存器 RCC_APB1ENR 的 PWREN 和 BKPEN 位来打开电源和后备接口的时钟
2)电源控制寄存器(PWR_CR)的 DBP 位来使能对后备寄存器和 RTC 的访问。


RTC_CRH寄存器.PNG

RTC_CRL寄存器.PNG

RTC_PRLG寄存器.PNG

RTC_PRLL寄存器.PNG

RTC_BDCR寄存器.PNG

RTC 的时钟源选择及使能设置都是通过这个寄存器来实现的,所以我们在 RTC 操作之前先要通过这个寄存器选择 RTC 的时钟源,然后才能开始其他的操作。

RTC正常工作的一般配置如下:
1 ) 使能电源时钟和备份区域时钟。
要访问 RTC 和备份区域就必须先使能电源时钟和备份区域时钟。这个通过 RCC_APB1ENR 寄存器来设置。
2 ) 取消备份区写保护。
要向备份区域写入数据,就要先取消备份区域写保护(写保护在每次硬复位之后被使能),否则是无法向备份区域写入数据的。我们需要用到向备份区域写入一个字节,来标记时钟已经配置过了,这样避免每次复位之后重新配置时钟。
3 ) 复位备份区域,开启外部低速振荡器。
在取消备份区域写保护之后,我们可以先对这个区域复位,以清除前面的设置,当然这个操作不要每次都执行,因为备份区域的复位将导致之前存在的数据丢失,所以要不要复位,要看情况而定。然后我们使能外部低速振荡器,注意这里一般要先判断 RCC_BDCR 的 LSERDY位来确定低速振荡器已经就绪了才开始下面的操作。
4 ) 选择 RTC 时钟,并使能。
这里我们将通过 RCC_BDCR 的 RTCSEL 来选择选择外部 LSI 作为 RTC 的时钟。然后通过RTCEN 位使能 RTC 时钟。
5 ) 设置 RTC 的分频,以及配置 RTC 时钟。
在开启了 RTC 时钟之后,我们要做的就是设置 RTC 时钟的分频数,通过 RTC_PRLH 和RTC_PRLL 来设置,然后等待 RTC 寄存器操作完成,并同步之后,设置秒钟中断。然后设置RTC 的允许配置位(RTC_CRH 的 CNF 位),设置时间(其实就是设置 RTC_CNTH 和 RTC_CNTL两个寄存器)。
6 ) 更新配置,设置 RTC 中断。
在设置完时钟之后,我们将配置更新,这里还是通过 RTC_CRL 的 CNF 来实现。在这之后我们在备份区域 BKP_DR1 中写入 0X5050 代表我们已经初始化过时钟了,下次开机(或复位)的时候,先读取 BKP_DR1 的值,然后判断是否是 0X5050 来决定是不是要配置。接着我们配置 RTC 的秒钟中断,并进行分组。
7 ) 编写中断服务函数。
最后,我们要编写中断服务函数,在秒钟中断产生的时候,读取当前的时间值,并显示到TFTLCD 模块上。

基本定时器

基本定时器 TIM6 和 TIM7 是一个 16 位的只能向上计数的定时器,只能定时,没有外部 IO。通用定时器 TIM2/3/4/5 是一个 16 位的可以向上/下计数的定时器,可以定时,可以输出比较,可以输入捕捉,每个定时器有四个外部 IO。高级定时器 TIM1/8是一个 16 位的可以向上/下计数的定时器,可以定时,可以输出比较,可以输入捕捉,还可以有三相电机互补输出信号,每个定时器有 8 个外部 IO。
1、时钟源
定时器时钟TIMxCLK,即内部时钟CK_INT,经APB1预分频器后分频提供,如果APB1 预分频系数等于 1,则频率不变,否则频率乘以 2,库函数中 APB1 预分频的系数是 2,即 PCLK1=36M,所以定时器时钟 TIMxCLK=36*2=72M 。
2、计数器时钟
定时器时钟经过 PSC 预分频器之后,即 CK_CNT,用来驱动计数器计数。PSC 是一个16 位的预分频器,可以对定时器时钟 TIMxCLK 进行 1~65536 之间的任何一个数进行分频。
具体计算方式为:CK_CNT=TIMxCLK/(PSC+1)。
3.计数器
计数器 CNT 是一个 16 位的计数器,只能往上计数,最大计数值为 65535。当计数达到自动重装载寄存器的时候产生更新事件,并清零从头开始计数。
4、自动重装载寄存器
自动重装载寄存器 ARR 是一个 16 位的寄存器,这里面装着计数器能计数的最大数值。当计数到这个值的时候,如果使能了中断的话,定时器就产生溢出中断。

  1. 定时时间的计算
    定时器的定时时间等于计数器的中断周期乘以中断的次数。计数器在 CK_CNT 的驱动下,计一个数的时间则是 CK_CLK 的倒数,等于:1/(TIMxCLK/(PSC+1)),产生一次中断的时间则等于:1/(CK_CLK * ARR)。如果在中断服务程序里面设置一个变量 time,用来记录中断的次数,那么就可以计算出我们需要的定时时间等于: 1/CK_CLK (ARR+1)time。

TIM6和TIM7定时器的主要功能包括【精简型】:
● 16位自动重装载累加计数器
● 16位可编程(可实时修改)预分频器,用于对输入的时钟按系数为1~65536之间的任意数值分频
● 触发DAC的同步电路 注:此项是TIM6/7独有功能.
● 在更新事件(计数器溢出)时产生中断/DMA请求


定时器时钟源.PNG

通用定时器

STM32 的通用定时器是一个通过可编程预分频器(PSC)驱动的 16 位自动装载计数器(CNT)构成。STM32 的通用定时器可以被用于:测量输入信号的脉冲长度(输入捕获)或者产生输出波形(输出比较和 PWM)等。 使用定时器预分频器和 RCC 时钟控制器预分频器,脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。STM32 的每个通用定时器都是完全独立的,没有互相共享的任何资源。
STM3 的通用 TIMx (TIM2、TIM3、TIM4 和 TIM5)定时器功能包括:
1)16 位向上、向下、向上/向下自动装载计数器(TIMx_CNT)。
2)16 位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx_PSC),计数器时钟频率的分频系数为 1~65535 之间的任意数值。
3)4 个独立通道(TIMx_CH1~4),这些通道可以用来作为:
A.输入捕获
B.输出比较
C.PWM 生成(边缘或中间对齐模式)
D.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 个定时器控制另外一个定时器)的同步电路。
5)如下事件发生时产生中断/DMA:
A.更新:计数器向上溢出/向下溢出,计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)
B.触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/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
6)支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路
7)触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理


通用定时器框图.png

计数器时钟可以由下列时钟源提供:

内部时钟(CK_INT)
外部捕捉比较引脚,引脚1(TI1FP1或TI1F_ED)、引2(TI2FP2)
外部引脚:ETR(使能/禁止位、可编程设定极性、4位外部触发过滤器、外部触发分频器[分频器关闭、二分频、四分频、八分频])
内部触发输入(ITRx):使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器,如可以配置一个定时器Timer1而作为另一个定时器Timer2的预分频器。

TIM2-TIM5的内部时钟不是直接来自于APB1,而是来自于输入为APB1的一个倍频器。这个倍频器的作用是: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的预分频系数为其他数值时(即预分频系数为2、4、8或16),这个倍频器起作用,定时器的时钟频率等于APB1的频率的2倍。

定时器中断

TIMx_CR1.PNG

TIMx_DIER.PNG

TIMx_PSC.PNG

TIMx_CNT 寄存器,该寄存器是定时器的计数器,该寄存器存储了当前定时器的计数值。


TIMx_ARR.PNG

TIMx_SR.PNG

步骤:

1 )TIM3 时钟使能。
这里我们通过 APB1ENR 的第 1 位来设置 TIM3 的时钟,因为 Stm32_Clock_Init 函数里面把APB1的分频设置为2了,所以我们的TIM3时钟就是APB1时钟的2倍,等于系统时钟(72M)。
2 )设置 TIM3_ARR 和 和 TIM3_PSC 的值。通过这两个寄存器,我们来设置自动重装的值,以及分频系数。这两个参数加上时钟频率就决定了定时器的溢出时间。
3 )设置 TIM3_DIER 允许更新中断。
因为我们要使用 TIM3 的更新中断,所以设置 DIER 的 UIE 位为 1,使能更新中断。
4 )允许 TIM3 工作。
光配置好定时器还不行,没有开启定时器,照样不能用。我们在配置完后要开启定时器,通过 TIM3_CR1 的 CEN 位来设置。
5 )TIM3 中断分组设置。
在定时器配置完了之后,因为要产生中断,必不可少的要设置 NVIC相关寄存器,以使能TIM3 中断。
6 )编写中断服务函数。
在最后,还是要编写定时器中断服务函数,通过该函数来处理定时器产生的相关中断。在中断产生后,通过状态寄存器的值来判断此次产生的中断属于什么类型。然后执行相关的操作,我们这里使用的是更新(溢出)中断,所以在状态寄存器 SR 的最低位。在处理完中断之后应该向 TIM3_SR 的最低位写 0,来清除该中断标志。

PWM输出

高级定时器 TIM1 和 TIM8 可以同时产生多达 7 路的 PWM 输出。而通用定时器也能同时产生多达 4路的 PWM 输出,这样,STM32 最多可以同时产生 30 路 PWM 输出!这里我们仅使用 TIM1的 CH1 产生一路 PWM 输出。


TIMx_CCMR1.PNG

捕获/比较模式寄存器(TIMx_CCMR1/2),该寄存器总共有 2 个,TIMx _CCMR1和 TIMx _CCMR2。TIMx_CCMR1 控制 CH1 和 2,而 TIMx_CCMR2 控制 CH3 和 4。上面一层对应输出时的设置而下面的则对应输入时的设置。模式设置位 OCxM,此部分由 3 位组成。总共可以配置成 7 种模式,我们使用的是 PWM 模式,这 3 位必须设置为110/111。这两种 PWM 模式的区别就是输出电平的极性相反。另外 CCxS 用于设置通道的方向(输入/输出)默认设置为 0,就是设置通道作为输出使用。


TIMx_CCER.PNG

捕获/比较使能寄存器(TIMx_CCER)。只用到了 CC1E 位,该位是输入/捕获 1 输出使能位,要想PWM 从 IO 口输出,这个位必须设置为 1,所以我们需要设置该位为 1。
TIMx_CCR1.PNG

捕获/比较寄存器(TIMx_CCR1~4),该寄存器总共有 4 个,对应 4 个通道 CH1~4。在输出模式下,该寄存器的值与 CNT 的值比较,根据比较结果产生相应动作。利用这点,我们通过修改这个寄存器的值,就可以控制 PWM 的输出脉宽了。
如果是高级定时器,则还需要配置:刹车和死区寄存器(TIMx_BDTR)
步骤:
1 ) 开启 TIM1 时钟,配置 PA8 为复用输出。
要使用 TIM1,我们必须先开启 TIM1 的时钟(通过 APB2ENR 设置),配置 PA8 为复用输出(当然还要时能 PORTA 的时钟),
这是因为 TIM1_CH1 通道将使用 PA8 的复用功能作为输出。
2 )设置 TIM1 的 的 ARR 和 和 PSC 。
在开启了 TIM1 的时钟之后,我们要设置 ARR 和 PSC 两个寄存器的值来控制输出 PWM 的周期。当 PWM 周期太慢(低于 50Hz)的时候,我们就会明显感觉到闪烁了。因此,PWM 周期在这里不宜设置的太小。
3 ) 设置 TIM1_CH1 的 的 PWM 模式 及通道方向 。
接下来,我们要设置 TIM1_CH1 为 PWM 模式(默认是冻结的),因为我们的 DS0 是低电平亮,而我们希望当 CCR1 的值小的时候,DS0 就暗,CCR1 值大的时候,DS0 就亮,所以我们要通过配置 TIM1_CCMR1 的相关位来控制 TIM1_CH1 的模式。另外,我们要配置 CH1 为输出,所以要设置 CC1S[1:0]为 00(寄存器默认就是 0,所以这里可以省略)。
4 ) 使能 TIM1 的 的 CH1 输出,使能 TIM1 。
接下来,我们需要开启 TIM1 的通道 1 的输出以及 TIM1 的时钟。前者通过 TIM1_CCER来设置,是单个通道的开关,而后者则通过 TIM1_CR1 来设置,是整个 TIM1 的总开关。只有设置了这两个寄存器,这样我们才可能在 TIM1 的通道 1 上看到 PWM 波输出。
5 ) 设置 MOE 输出,使能 PWM 输出 。
普通定时器在完成以上设置了之后,就可以输出 PWM 了,但是高级定时器,我们还需要使能刹车和死区寄存器(TIM1_BDTR)的 MOE 位,以使能整个 OCx(即 PWM)输出。
6 ) 修改 TIM1_CCR1 来控制占空比。
最后,在经过以上设置之后,PWM 其实已经开始输出了,只是其占空比和频率都是固定的,而我们通过修改 TIM1_CCR1 则可以控制 CH1 的输出占空比。继而控制 DS0 的亮度。

输入捕获

输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。STM32的定时器,除了TIM6和TIM7,其他定时器都有输入捕获功能。STM32 的输入捕获,简单的说就是通过检测 TIMx_CHx 上的边沿信号,在边沿信号发生跳变(比如上升沿/下降沿)的时候,将当前定时器的值(TIMx_CNT)存放到对应的通道的捕获/比较寄存器(TIMx_CCRx)里面,完成一次捕获。同时还可以配置捕获时是否触发中断/DMA 等。


TIMx_CMMR1.PNG

其中 CC1S[1:0],这两个位用于 CCR1 的通道方向配置,这里我们设置 IC1S[1:0]=01,也就是配置为输入,且 IC1 映射在 TI1 上。

输入捕获1滤波器IC1F[3:0],这个用来设置输入采样频率和数字滤波器长度。举个简单的例子:假设 IC1F[3:0]=0011,并设置 IC1 映射到通道 1 上,且为上升沿触发,那么在捕获到上升沿的时候,再以 的频率,连续采样到 8 次通道 1 的电平,如果都是高电平,则说明确实是一个有效的触发,就会触发输入捕获中断(如果开启了的话)。这样可以滤除那些高电平脉宽低于 8 个采样周期的脉冲信号,从而达到滤波的效果。这里,我们不做滤波处理,所以设置 IC1F[3:0]=0000,只要采集到上升沿,就触发捕获。


TIMx_CCER捕获模式.PNG

步骤:
1 )开启 TIM2 时钟,配置 PA0 为下拉输入 。
要使用 TIM2,我们必须先开启 TIM2 的时钟(通过 APB1ENR 设置)。这里我们还要配置 PA0为下拉输入,因为我们要捕获 TIM2_CH1 上面的高电平脉宽,而 TIM2_CH1 是连接在 PA0 上面的。
2 )设置 TIM2 的 的 ARR 和 和 PSC 。
在开启了 TIM2 的时钟之后,我们要设置 ARR 和 PSC 两个寄存器的值来设置输入捕获的自动重装载值和计数频率。
3 )设置 TIM2 的 的 CCMR1
TIM2_CCMR1 寄存器控制着输入捕获 1 和 2 的模式,包括映射关系,滤波和分频等。这里我们需要设置通道 1 为输入模式,且 IC1 映射到 TI1(通道 1)上面,并且不使用滤波(提高响应速度)器。
4 ) 设置 TIM2 的 的 CCER ,开启输入捕获,并设置为上升沿捕获。
5 ) 设置 TIM2 的 的 DIER ,使能捕获和更新中断,并编写中断服务函数
因为我们要捕获的是高电平信号的脉宽,所以,第一次捕获是上升沿,第二次捕获时下降沿,必须在捕获上升沿之后,就先把 TIM2CH1_CAPTURE_STA、TIM2CH1_CAPTURE_VAL 和 TIM2->CNT 等清零,然后再设置 TIM2CH1_CAPTURE_STA 的第 6 位为 1,标记捕获到高电平,最后设置为下降沿捕获,设置捕获边沿为下降沿,同时,如果脉宽比较长,那么定时器就会溢出,对溢出必须做处理,否则结果就不准了。这两件事,我们都在中断里面做,所以必须开启捕获中断和更新中断。


TIM2CH1_CAPTURE_STA.PNG

设置了中断必须编写中断函数,否则可能导致死机。我们需要在中断函数里面完成数据处理和捕获设置等关键操作,从而实现高电平脉宽统计。
6 )设置 TIM2 的 的 CR1 ,使能定时器
最后,必须打开定时器的计数器开关,通过设置 TIM2_CR1 的最低位为 1,启动 TIM2 的计数器,开始输入捕获。

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