STM32-定时器系统原理
目录
STM32的定时器概述
通用定时器
通用定时器简介
主要功能
模块框图
时钟来源
通用定时器寄存器
控制寄存器 1(TIMx_CR1)
DMA/中断使能寄存器(TIMx_DIER)
时基单元寄存器
计数器模式
向上计数模式
向下计数模式
定时周期的计算
库函数代码配置定时器
配置步骤
状态查看函数
代码范例
STM32的定时器概述
STM32F1有TIME1和TIME8 等高级定时器，也有TIME2~TIME5等通用定时器，还有TIME6和TIME7等基本定时器。
关于高级定时器、通用定时器、基本定时器的区别：
基本定时器：具有最基本的计时功能，与通用和高级定时器的16位自动重装载计数器不同，他的计数器是一个累加计数器！基本定时器独有一个其他定时器没有的DAC的同步电路！
通用定时器：能满足大部分使用需求的定时器。
高级定时器：高级的骚操作比较多的定时器，但是一般不常用到，用到的时候可以再根据参考手册深入研究。
我们一般常用到的就是通用定时器。
通用定时器
通用定时器简介
主要功能
- 16位向上、向下、向上/向下自动装载计数器
- 16位可编程(可以实时修改)预分频器，计数器时钟频率的分频系数为1～65536之间的任意数值
- 4个独立通道：
- 输入捕获
- 输出比较
- PWM生成(边缘或中间对齐模式)
- 单脉冲模式输出
- 使用外部信号控制定时器和定时器互连的同步电路
- 如下事件发生时产生中断/DMA：
- 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)
- 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)
- 输入捕获
- 输出比较
- 支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路
- 触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理
加色处理的功能都是非常重要的常用功能！
模块框图
通用定时器框图如下所示，红色框是计数器部分，当仅使用计数器模式的时候，只涉及这部分。在定时器的基础上，还有下方的捕获/比较通道，输入通道可用于输入捕获（蓝色部分）和输出通道可用于输出PWM（绿色部分），与上面主要功能的颜色对应。本文只涉及到红色部分，也就是定时器的计数单元！输入捕获、PWM和DMA在后文写。
时钟来源
通用定时器的时钟来源有四个，具体选择哪个可以通过 TIMx_SMCR 寄存器的相关位来设置。
- 内部时钟(CK_INT)
- 外部时钟模式1：外部输入脚(TIx)
- 外部时钟模式2：外部触发输入(ETR)
- 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
不过，一般我们使用内部时钟。
在时钟树可以看到，定时器2~7的内部时钟源是APB1。库函数版本默认使用SystemInit函数初始化系统该时钟的情况下：
SYSCLK=72M
AHB=72M
APB1=36M
也就是说APB1的分频系数为2，所以定时器2~7（包括通用定时器）时钟内部时钟频率为2*36M=72M。
另外需要注意的是定时器1和定时器8的时钟源是APB2！
当使用外部时钟的时候，其框图如下
通用定时器寄存器
通用定时器的寄存器有，包括
- 控制寄存器 1(TIMx_CR1)
- 控制寄存器 2(TIMx_CR2)
- 从模式控制寄存器(TIMx_SMCR)
- DMA/中断使能寄存器(TIMx_DIER)
- 状态寄存器(TIMx_SR)
- 事件产生寄存器(TIMx_EGR)
- 捕获/比较模式寄存器 1(TIMx_CCMR1)
- 捕获/比较模式寄存器 2(TIMx_CCMR2)
- 捕获/比较使能寄存器(TIMx_CCER)
- 计数器(TIMx_CNT)
- 预分频器(TIMx_PSC)
- 自动重装载寄存器(TIMx_ARR)
- 捕获/比较寄存器 1~4(TIMx_CCR1~4)
- DMA控制寄存器(TIMx_DCR)
- 连续模式的DMA地址(TIMx_DMAR)
加黑的几个寄存器是使用定时器基本功能的必须了解的几个寄存器！这里也只叙述这几个寄存器。
控制寄存器 1(TIMx_CR1)
DIR：计数方向
0：计数器向上计数
1：计数器向下计数
当计数器配置为中央对齐模式或编码器模式时，该位为只读。
CEN：使能计数器
0：禁止计数器；
1：使能计数器。
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。
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，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，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，在计数器向上和向下计数时均被设置。
当在计数器开启时(CEN=1)，不允许从边沿对齐模式转换到中央对齐模式。
其他的位，请查看《STM32中/英文参考手册》
DMA/中断使能寄存器(TIMx_DIER)
UIE：允许更新中断
0：禁止更新中断
1：允许更新中断，计数寄存器中的数据更新时触发中断请求。
CCxIE：允许捕获/比较x中断 (Capture/Compare 1 interrupt enable)
0：禁止捕获/比较x中断；
1：允许捕获/比较x中断。
这个寄存器用于使能捕获中断（后面会写）
时基单元寄存器
时基单元包含：
- 预分频器寄存器 (TIMx_PSC)
- 自动装载寄存器 (TIMx_ARR)
- 计数器寄存器 (TIMx_CNT)
预分频器寄存器(TIMx_PSC)
PSC[15:0]：预分频器的值
该寄存器存放的是预分频器的值。预分频器对定时器的时钟源进行分频，然后提供给计数器。前文已经提到，通用定时器的时钟源有四个，可以通过TIMx_SMCR 寄存器的的相关为进行设置。
为什么要进行分频？
答：因为一般时钟源太快了。以系统时钟源为例，72M的频率，如果不分频的话，那16位定时器的计时周期就65536/72M秒，约等于0.91ms，时间太短了。
自动重装载寄存器(TIMx_ARR)
ARR[15:0]: 自动重装载的值
ARR包含了将要传送至实际的自动重装载寄存器的数值。
计数寄存器(TIMx_CNT)
CNT[15:0]：计数器的值
计数器模式
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事件。
向下计数模式
计数器从自动装入的值(TIMx_ARR计数器的值)开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始并且产生一个计数器向下溢出事件。
定时周期的计算
定时周期与时基单元密切相关，首先确定定时器时钟源的频率Tclk（使用内部时钟源，一般是72M），通过设定分频器的值PSC可以确定最大计时周期，然后通过设定自动重装载寄存器的值ARR，可以确定具体的溢出时间！计算公式如下：
Tout(溢出时间)= (ARR+1)(PSC+1)/Tclk
比如，要定时500ms,Tclk为72M，令PSC=7199，ARR=4999，即可。
库函数代码配置定时器
配置步骤
- 使能定时器时钟
- 要明确定时器使用的时钟源！如果使用内部时钟，通用定时器和基本定时器是在APB1下！应该调用
void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState);
高级定时器是在APB2下，调用
void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState);
- 要明确定时器使用的时钟源！如果使用内部时钟，通用定时器和基本定时器是在APB1下！应该调用
- 初始化定时器
- void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct)
- 开启定时器更新中断，配置NVIC中断控制器
- void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState);//开启定时器更新中断
- void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);//中断优先级配置
- 使能定时器
- void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);
- 编写中断服务函数
- 根据使用的定时器，开启相应的中断函数，注意在中断函数中判断和清除中断标志位！
状态查看函数
FlagStatus TIM_GetFlagStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_FLAG);
void TIM_ClearFlag(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_FLAG);
ITStatus TIM_GetITStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);
void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);代码范例
timer.c
void Tim3_Init(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitstructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_Initstructure;
/*************************定时器时钟源使能*********************************/
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
/*************************定时器基本配置*********************************/
TIM_TimeBaseInitstructure.TIM_Prescaler = psc;//预分频系数
TIM_TimeBaseInitstructure.TIM_Period = arr;//自动装在值
TIM_TimeBaseInitstructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//向上计数
TIM_TimeBaseInitstructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//不知道是什么
TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitstructure);
/*************************定时器中断配置使能*********************************/
TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE);
/*************************中断号、优先级配置*********************************/
NVIC_Initstructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
NVIC_Initstructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Initstructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_Initstructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_Init(&NVIC_Initstructure);
/*************************使能TIM3计数器*********************************/
TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
}
void TIM3_IRQHandler(void)
{
if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update) == SET)
{
LED0 = !LED0;
TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);
}
}main.c
int main(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
LED_Init();
Tim3_Init(TIM3_CRR,TIM3_PSC);
while(1)
{
//其他操作
}
}