STM32-F407入门学习专题（八） STM32外设之高级控制定时器

目录

1 高级控制定时器介绍

2 高级控制寄存器功能框图

 2.1 时钟源

2.1.1 内部时钟源CK_INT

2.1.2 外部时钟模式1

2.1.3外部时钟模式1—实例之向上计数器在TI2输入端的上升沿计数配置

2.1.4 外部时钟模式2

2.1.5 外部时钟模式2—实例之在ETR下每2个上升沿计数一次的向上计数器配置

2.1.6 内部触发输入

 2.2 控制器

2.3 时基单元器

2.3.1 计数器寄存器TIMx_CNT

2.3.2 预分频器寄存器TIMx_PSC

2.3.3   自动重载寄存器TIMx_ARR

 2.3.4 重复次数寄存器TIMx_RCR

2.4 输入捕获

2.5 PWM输入模式

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1 高级控制定时器介绍

高级控制定时器（TIM1和TIM8）和通用定时器在基本定时器的基础上引入了外部引脚，可以实现输入捕获和输出比较功能，相比于通用定时器，高级定时器增加了可编程死区互补输出、重复计数器、刹车功能

高级控制定时器包含一个16位向上、向下、向上/向下自动重载计数器，一个16位计数器、一个16位可编程预分频器（预分频器的时钟源可选择内部时钟or外部时钟）、以及一个8位重复计数器

定时器的多种高级功能是需要外部引脚配合使用的，比如输入捕获（脉冲计数、上升沿或下降沿时间检测、PWM输入检测）、输出比较（脉冲输出、步进电机控制）、PWM脉冲宽度调节等

GPIO作为定时器功能就是IO的复用，在程序中要设置为复用模式，一个定时器功能引脚可以对应不同的IO

2 高级控制寄存器功能框图

 2.1 时钟源

高级控制定时器有4个时钟源：

1、内部时钟源CK_INT

2、外部时钟模式1：外部通道输入引脚TINx（x取1、2）

3、外部时钟模式2：外部触发ETR

4、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

2.1.1 内部时钟源CK_INT

 从模式控制寄存器TIMx_SMCR的SMS = 000

内部时钟CK_INT来自于STM32芯片内部的APB总线，对TIM1和TIM8来说是168MHz

2.1.2 外部时钟模式1

  从模式控制寄存器TIMx_SMCR的SMS = 111

框1：时钟信号输入引脚

使用外部时钟模式1时，有2个来自定时器输入通道的时钟信号，分别是TI1FP1和TI2FP2， TI1FP1对应IC1（TIMx_CH1），TI2FP2对应IC2（TIMx_CH2），通过配置TIMx_CCMR1的位CCxS[1:0]来选择哪一路信号，TI3和TI4不能作为外部时钟模式1的引脚

框2：滤波器

滤除输入信号上的高频干扰，可以通过滤波器配置不同的滤波时间

框3：边沿检测

检测上升沿有效还是下降沿有效，可以TIMx_CCER的位CCxP和CCxNP配置

00：非反相/上升沿触发、01：反相/下降沿触发

10：保留，不使用此配置、11：未反相/边沿触发

框4：触发选择

若选择外部时钟模式1，则有两个触发源，一个是滤波后的定时器输入1（TI1FP1）和滤波后的定时器输入2（TI2FP2），可有TIMx_SMCR的位TS[2:0]配置

框5：从模式选择

选定了触发源信号后，信号是接到TRGI引脚的，让触发信号成为外部时钟模式1的输入，即为CK_PSC

2.1.3外部时钟模式1—实例之向上计数器在TI2输入端的上升沿计数配置

1、配置TIMx_CCMR1寄存器CC2S = 01，通道2配置为输入，IC2映射在TI2上

2、配置TIMx_CCMR1寄存器IC2F[3:0]，选择滤波器带宽（IC2F = 0000时即不需要滤波器）

3、配置TIMx_CCER寄存器CC2P = 0和CC2NP = 0，选定上升沿极性

4、配置TIMx_SMCR寄存器SMS = 111，选择定时器外部时钟模式1

5、配置TIMx_SMCR寄存器TS = 110，选定TI2作为触发输入源

6、设置TIMx_CR1寄存器CEN = 1，启动计数器

2.1.4 外部时钟模式2

TIMx_SMCR寄存器的ECE = 1

 框1：时钟信号输入引脚

使用外部时钟模式2时，时钟信号来自于定时器特定输入通道TIM_ETR

框2：外部触发极性

TIMx_SMCR寄存器中的ETP位控制触发极性

0：ETR未反相，高电平或上升沿有效； 1：ETR反相，低电平或下降沿有效

框3：分频器

当触发信号的频率很高时，就必须使用分频器进行降频，有1/2/4/8可选，由TIMx_SMCR寄存器中的ETPS[1:0]配置，保证输出信号ETRP频率小于TIMx_CLK频率的1/4

框4：滤波器

若ETRP信号的频率过高或者混杂有高频干扰信号，就需要使用滤波器对ETRP信号重新采样，达到降频或者去除干扰的目的，由TIMx_SMCR的位ETF[3:0]配置，其中是由内部时钟CK_INT分频得到，由TIMx_CR1的位CKD[1:0]配置

框5：从模式选择

经过滤波后的信号连接至ETRF引脚，CK_PSC输出，驱动计数器，TIMx_SMCR位ECE置1即可配置为外部时钟模式2

2.1.5 外部时钟模式2—实例之在ETR下每2个上升沿计数一次的向上计数器配置

1、不使用滤波器，置TIMx_SMCR寄存器ETF[3:0] = 0000

2、设置预分频器，置TIMx_SMCR寄存器ETPS[1:0] = 01，2分频

3、选择ETR的上升沿检测，置TIMx_SMCR寄存器的ETP = 0

4、开启外部时钟模式2，置TIMx_SMCR寄存器ECE = 1

5、启动计数器，写TIMx_CR1寄存器CEN = 1

2.1.6 内部触发输入

TIMx定时器从内部连接在一起，以实现定时器同步或级联，当某个定时器配置为主模式时，可对另一个配置为从模式的定时器的计数器执行复位、启动、停止操作或为其提供时钟

 2.2 控制器

触发控制器用来针对片内外设输出触发信号，为其它定时器提供时钟和触发ADC/DAC转换

编码器接口专门针对编码器计数而设计

从模式控制器可以控制计数器复位、启动、递增/递减、计数

 

2.3 时基单元器

 高级控制定时器的主要模块是一个16位计数器及其相关的自动重载寄存器，计数器可递增计数、递减计数或交替进行递增和递减计数，计数器的时钟可通过预分频器进行分频

计数器、自动重载寄存器和预分频器寄存器可通过软件进行读写，即使在计数器运行时也可执行读写操作

时基单元包括：

计数器寄存器（TIMx_CNT）

预分频器寄存器（TIMx_PSC）

自动重载寄存器（TIMx_ARR）

重复次数寄存器（TIMx_RCR）

2.3.1 计数器寄存器TIMx_CNT

计数器最大值不一定是65535，可以通过寄存器值进行设定

三种计数模式：

一、递增（向上计数）：0、1、2、……65534、65535、0、1、2……

向上计数模式：计数器从0开始计数到自动重装载值（TIMx_ARR计数器值），然后重新从0开始并产生一个计数器溢出事件，若使用重复计数器，则当递增计数的重复次数达到重复计数器寄存器中的次数+1（即TIMx_RCR+1）后，将生成更新事件（UEV）；若不使用重复计数器，将在每次计数器上溢时产生更新事件

TIMx_EGR寄存器的UG（更新事件生成）位置1时，也将产生更新事件

通过软件将TIMx_CR1寄存器中的UDIS位置1可禁止UEV（更新）事件，这可避免向预装载寄存器写入新值时更新影子寄存器，在UDIS位写入0之前不会产生任何更新事件，不过，计数器和预分频计数器都会重新从0开始计数

若TIMx_CR1寄存器中的URS位 （更新请求选择）已置1，则将UG位置1会生成更新事件UEV但不会将UIF标志置1（因此，不会发送任何中断或DMA请求），这样一来，如果在发生捕获事件将计数器清零，将不会同时产生更新中断和捕获中断

发生更新事件时，将更新所有寄存器且将更新标志（TIMx_SR寄存器中的UIF位）置1（取决于URS位），此时：

1、重复计数器中将重新装载TIMx_RCR寄存器的内容

2、自动重载影子寄存器将以预装载值TIMx_ARR进行更新

3、预分频器的缓冲区将重新装载预装载值TIMx_PSC

 

 二、递减（向下计数）：65535、65534、……2、1、0.、65535、65534、……

向下计数模式：计数器从自动预装载值（TIMx_ARR计数器内容）开始递减计数直到0，然后重新从自动重装载值开始递减并生成计数器下溢事件，如此循环，若使用重复计数器，则当递减计数的重复次数达到重复计数器寄存器中次数+1（TIMx_RCR+1）后将生成更新事件（UEV），若不使用重复计数器，将在每次计数器下溢时产生更新事件

三、递增/递减（中心对齐）：0、1、2、……65534、65535、65534、……2、1、0、1、2、……

中心对齐计数模式：在中心对齐模式下，计数器从0开始计数到自动重载值（TIMx_ARR寄存器内容）-1，生成计数器上溢事件，然后从自动重载值开始向下计数到1并生成下溢事件，之后从0开始重新计数，如此循环

当TIMx_CR1寄存器中CMS位不为“00”时，中心对齐模式有效，将通道配置为输出模式时，其输出比较中断标志将在以下模式下置1，即：计数器递减计数（中心对齐模式1，CMS = “01”，计数器递增模式（中心对齐模式2，CMS = “10”）以及计数器递增/递减计数（中心对齐模式3，CMS = “11”））

每次发生计数器上溢和下溢时都会生成更新事件，或将TIMx_EGR寄存器中的UG位置1也可生成更新事件，更新事件时，计数器以及预分频器计数器将重新从0开始计数

2.3.2 预分频器寄存器TIMx_PSC

预分频器TIMx_PSC有一个输入时钟CK_PSC和一个输出时钟CK_CNT，输入时钟来源于控制器部分

CK_CNT = CK_PSC/(PSC[15:0]+1)

由于TIMx_PSC控制寄存器具有缓冲（影子寄存器），可以在运行过程中改变其数值，新的预分频值将在下一个更新事件时起作用

2.3.3   自动重载寄存器TIMx_ARR

自动重载寄存器是预先装载的，当写或读自动重装载寄存器将访问预装载寄存器，控制器TIMx-CR1寄存器中的自动重装载预装载使能位（ARPE）若置1，预装载寄存器的内容将在每次更新事件时传递给影子寄存器；若置0，修改TIMx_ARR的值后立即生效

 2.3.4 重复次数寄存器TIMx_RCR

只有当重复计数器达到0时才会生成更新事件，意味着每当发生N+1个计数器上溢或下溢（N是TIMx_RCR重复计数器寄存器的值），数据就将从预装载寄存器转移到影子寄存器中

重复计数器在以下情况下递减：

1、递增计数模式下的每个计数器上溢

2、递减计数模式下的每个计数器下溢

3、中心对齐模式下每个计数器上溢和计数器下溢

当更新事件由软件（TIMx_EGR寄存器的UG位置1）或硬件（通过从模式控制器）生成时，无论重复计数器的值为多少，更新事件都将立即发生，并且在重复计数器中重新装载TIMx_RCR寄存器的值

2.4 输入捕获

输入阶段对相应的TIx（通道x）输入进行采样，生成一个滤波后的信号TIxF，接着，带有极性选择功能的边沿检测器生成一个信号（TIxFPx），该信号可用作从模式控制器的触发输入，也可用作捕获命令，该信号先进行预分频（ICxPS），而后再进入捕获寄存器

输入捕获模式下，TIMx_CHx = TIx，如TIM1_CH1 = TI1

比较输出模式下，TIMx_CHx = OCx，如TIM1_CH1 = OC1

捕获/比较通道1主电路如下所示

捕获/比较模块由一个预装载寄存器和一个影子寄存器组成，始终可通过读写操作访问预装载寄存器，在捕获模式下，捕获实际发生在影子寄存器中，然后将影子寄存器的内容复制到预装载寄存器中

在输入捕获模式下，当相应的ICx（定时器通道引脚）信号检测到跳变沿后，将使用捕获/比较寄存器（TIMx_CCRx）来锁存计数器的值，发生捕获事件时，会将相应的CCxIF标志（TIMx_SR寄存器）置1，并可发送中断或DMA请求

若发生捕获事件时CCxIF标志已处于高位，则会将重复捕获标志CCxOF（TIMx_SR寄存器）置1，可通过软件向CCxIF写入0来给CCxIF清零，或读取存储在TIMx_CCRx寄存器中的已捕获数据，向CCxOF写入“0”后会将其清零

2.5 PWM输入模式

 PWM：脉冲宽度调制，也即占空比可变的脉冲波形

如上图是一个周期10ms，即频率100Hz的波形，在每个周期内，高低电平脉冲宽度各不相同，占空比是指高电平时间占整个周期的比例，如第一部分波形的占空比是40%，第二部分波形占空比是60%，第三部分波形占空比是80%

PWM输入模式就是用定时器功能测量PWM波的周期和占空比，PWM输入模式是定时器输入捕获模式的一种特例