STM32F4 | 定时器中断实验

  这一章介绍如何使用 STM32F429 的通用定时器， STM32F429 的定时器功能十分强大，有 TIME1 和 TIME8 等高级定时器，也有 TIME2~TIME5， TIM9~TIM14 等通用定时器，还有 TIME6 和 TIME7 等基本定时器，总共达 14 个定时器之多。在本章中，我们将使用 TIM3 的定时器中断来控制 DS1 的翻转，在主函数用 DS0 的翻转来提示程序正在运行。

一、STM32F429 通用定时器简介

  STM32F429 的通用定时器包含一个 16 位或 32 位自动重载计数器（CNT），该计数器由可编程预分频器（PSC）驱动。STM32F429 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。STM32F429 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。
  STM32 的通用 TIMx (TIM2~TIM5 和 TIM9~TIM14)定时器功能包括：

• 16 位/32 位(仅 TIM2 和 TIM5)向上、向下、向上/向下自动装载计数器（TIMx_CNT），注意：TIM9~TIM14 只支持向上（递增）计数方式。
• 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。
• 4 个独立通道（TIMx_CH1~4，TIM9~TIM14 最多 2 个通道），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) ，注意：TIM9~TIM14 不支持中间对齐模式
  D．单脉冲模式输出
• 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。
• 如下事件发生时产生中断/DMA（TIM9~TIM14 不支持 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（TIM9~TIM14 不支持）
  F．触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理（TIM9~TIM14 不支持）

  下面我们介绍一下与我们这章的实验密切相关的几个通用定时器的寄存器。

• 控制寄存器 1：TIMx_CR1
    该寄存器的各位描述如图所示：
  
  在本实验中，我们只用到了 TIMx_CR1 的最低位，也就是计数器使能位，该位必须置 1，才能让定时器开始计数。

• DMA/中断使能寄存器：TIMx_DIER
    该寄存器的各位描述如图所示：
  
  这里我们同样仅关心它的第 0 位，该位是更新中断允许位，本章用到的是定时器的更新中断，所以该位要设置为 1，来允许由于更新事件所产生的中断。\

• 预分频寄存器：TIMx_PSC
    该寄存器用来设置对时钟进行分频，然后提供给计数器，作为计数器的时钟。该寄存器的各位描述如图所示：
  
  这里，定时器的时钟来源有 4 个：

  • 内部时钟CK_INT：默认情况下，TIM3 的时钟来源是内部时钟 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，仅适用于 TIM2、TIM3、TIM4
  • 内部触发输入ITRx：使用 A 定时器作为 B 定时器的预分频器（A 为 B 提供时钟）。

  这些时钟，具体选择哪个可以通过 TIMx_SMCR 寄存器的相关位来设置。这里的 CK_INT时钟是从 APB1 倍频来的，除非 APB1 的时钟分频数设置为 1（一般都不会是 1），否则通用定时器 TIMx 的时钟是 APB1 时钟的 2 倍，当 APB1 的时钟不分频的时候，通用定时器 TIMx的时钟就等于 APB1 的时钟。这里还要注意的就是高级定时器以及 TIM9~TIM11 的时钟不是来自 APB1，而是来自 APB2 的。

• 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。

• 自动重装载寄存器：TIMx_ARR
    该寄存器在物理上实际对应着 2 个寄存器。一个是程序员可以直接操作的，另外一个是程序员看不到的，这个看不到的寄存器在被叫做影子寄存器。事实上真正起作用的是影子寄存器。根据 TIMx_CR1 寄存器中 APRE 位的设置：APRE=0 时，预装载寄存器的内容可以随时传送到影子寄存器，此时 2 者是连通的；而 APRE=1 时，在每一次更新事件（UEV）时，才把预装载寄存器（ARR）的内容传送到影子寄存器。
    自动重装载寄存器的各位描述如图所示：
  

• 状态寄存器：TIMx_SR
    该寄存器用来标记当前与定时器相关的各种事件/中断是否发生。该寄存器的各位描述如图所示：
  

只要对以上几个寄存器进行简单的设置，我们就可以使用通用定时器了，并且可以产生中断。
  这一章，我们将使用定时器产生中断，然后在中断服务函数里面翻转 DS1 上的电平，来指示定时器中断的产生。接下来我们以通用定时器 TIM3 为实例，来说明要经过哪些步骤，才能达到这个要求，并产生中断。这里我们就对每个步骤通过库函数的实现方式来描述。首先要提到的是，定时器相关的库函数主要集中在 HAL 库文件 stm32f4xx_hal_tim.h 和 stm32f4xx_hal_tim.c 文件中。定时器配置步骤如下：

1. TIM3 时钟使能
     HAL 中定时器使能是通过宏定义标识符来实现对相关寄存器操作的，方法如下：

   __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE(); //使能 TIM3 时钟
   

2. 初始化定时器参数：设置自动重装值，分频系数，计数方式等。
     在 HAL库中，定时器的初始化参数是通过定时器初始化函数 HAL_TIM_Base_Init 实现的：

   HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Init(TIM_HandleTypeDef *htim);
   

   该函数只有一个入口参数，就是 TIM_HandleTypeDef 类型结构体指针，其定义为：

   typedef struct
   {
        
   	TIM_TypeDef *Instance;
   	TIM_Base_InitTypeDef Init; 
   	HAL_TIM_ActiveChannel Channel; 
   	DMA_HandleTypeDef *hdma[7]; 
   	HAL_LockTypeDef Lock; 
   	__IO HAL_TIM_StateTypeDef State; 
   }TIM_HandleTypeDef;
   

   • 第一个参数 Instance 是寄存器基地址。和串口，看门狗等外设一样，一般外设的初始化结构体定义的第一个成员变量都是寄存器基地址。
   • 第二个参数 Init 为真正的初始化结构体 TIM_Base_InitTypeDef 类型。该结构体定义如下：

     typedef struct
     {
            
     	uint32_t Prescaler; //预分频系数 
     	uint32_t CounterMode; //计数方式
     	uint32_t Period; //自动装载值 ARR