STM32F103C8T6核心开发板下，采用定时器Timer方式实现串口定时输出及LED灯周期闪烁

通过Timer定时器，设置一个5秒的定时器，每隔5秒从串口发送“hello windows！”；同时设置一个2秒的定时器，让LED灯周期性地闪烁

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前言

• 之前作业中的延时功能都是通过循环、delay/Hal_delay函数等实现，本次作业通过定时器Timer方式实现时间的精准控制，相当于给CPU上了一个闹钟，CPU平时处理其它任务，当定时时间到了以后，处理定时相关的任务。请设置一个5秒的定时器，每隔5秒从串口发送“hello windows！”；同时设置一个2秒的定时器，让LED灯周期性地闪烁
• 定时器作为微控制器不可缺少的外设，在STM32中也是如此。相信不少初学者学到定时器的时候对STM32的学习热情就大打折扣甚至想要放弃了，因为这一部分知识确实比较复杂。但是，如果你在之前对GPIO、串口通信、外部中断的学习中把这些外设掌握了的话，学习这个新知识并不难

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一、定时器Timer简介

1. 定时器介绍

1.1 STM32定时器

• 在大容量的 STM32F103xx增强型系列产品包含最多2个高级控制定时器、4个普通定时器和2个基本定时器，以及2个看门狗定时器和1个系统嘀嗒定时器，本次的目标芯片（STM32F103C8T6）也是大容量系列，所以具备以上所述的定时器种类
  
• 能够对内部时钟信号或外部输入信号进行计数，数值达到设定要求时，向CPU发起中断请求，完成外部程序的运行
• 本质就是进行计数，选择内部时钟脉冲，作为计数器时，技术信号的来源选择非周期脉冲信号

1.2 STM32定时器分类

• 定时器可分为3类：
  1、基本定时器：功能最少，只能充当基本的时基，甚至都没有外部引脚
  2、通用定时器：拥有基本定时器的全部功能，同时有输入捕获模式，用以接收外部的PWM，脉冲之类的信息
  3、高级定时器：又有通用定时器的全部功能，又有互补输出模式，功能最为强大
  
• 根据上图我们可以划分出：
  

2. 高级控制定时器（TIM1 & TIM8）

●TIM1和TIM8定时器的功能∶

• 16位向上、向下、向上/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1～65535之间的任意数值
• 多达4个独立通道∶
  一 输入捕获
  一 输出比较
  一 PWM生成（边缘或中间对齐模式）
  一 单脉冲模式输出
• 死区时间可编程的互补输出
• 使用外部信号控制定时器和定时器互联的同步电路
• 允许在指定数目的计数器周期之后更新定时器寄存器的重复计数器● 刹车输入信号可以将定时器输出信号置于复位状态或者一个已知状态● 如下事件发生时产生中断/DMA∶
  一 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）
  一 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）
  一 输入捕获
  一 输出比较
  一 刹车信号输入
• 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

●高级控制定时器框图：

3. 通用控制定时器（TIM2 - TIM5）

●通用控制定时器（TIM2 - TIM5）的功能∶

• 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∶
• 一 输入捕获
• 一 输出比较
  一 PWM生成（边缘或中间对齐模式）
  一 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∶
  一 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）
  一 输入捕获
  一 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

●通用控制定时器框图：

4. 基本控制定时器（TIM6 & TIM7）

●基本控制定时器（TIM6 & TIM7）的功能∶

• 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1 分频
• 触发DAC的同步电路
• 在更新事件（计数器溢出）时产生中断/DMA请求

●基本控制定时器框图：

5. 定时器的心脏——时基

• 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 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。
  
• 在这里呢，最基本的定时功能就是功能1，如上图，基本定时器和通用定时器是挂载在APB1低速总线的，和PCLK共用来自APB1预分频器的时钟源，这个总线的最大频率是36M，但是由于预分频器分频倍数是1，所以在这里就由系统自动给双倍频率了，因此基本定时器和通用定时器的时钟频率都是72MHz的

6. 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)，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)开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始，并产生一个计数器向下溢出事件
• 中央对齐模式（向上/向下计数）：计数器从0开始计数到自动装入的值-1，产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到1并且产生一个计数器溢出事件；然后再从0开始重新计数
  

7. 工作原理

在选定的时钟源（可以是内部的也可以是外部的）和预分频器TIMX_PSC的驱动下，根据设置的计数模式（向上、向下、中央对齐）自动。

装载计数器TIMX_CNT开始计数；如果使能了相应的事件（更新事件、触发事件、输入捕获、输出比较）则会产生相应的中断。

• 如果没有开启输入和输出，只使能了计数器计数溢出后自动装载，可以做为一个简单定时器使用，计数器自己开始周期计数
• 如果开启了通道输入捕获，当检测到ICx信号上相应的边沿后，计数器(CNT)的当前值被锁存到捕获/比较寄存器(TIMx_CCRx)中，通过中断的方式可以读取出来假设为n1，然后更改输入捕获的信号级性（上升沿或下降沿），当再次检测到ICx信号上相应的边沿后，计数器(CNT)的当前值再次被锁存到捕获/比较寄存器(TIMx_CCRx)中假设为n2；n2 -n1节可算出电平的持续时间
• 如果开启了输出控制，可以产生一个由TIMx_ARR寄存器确定频率、由TIMx_CCRx寄存器确定占空比的PWM信号。
• 如果选择外部的同步时钟信号（TI1F_ED、TI1FP1、TI2FP2）作为计数器的时钟源，可以用来统计脉冲，实现脉冲频率采集功能

二、工程文件创建

1. 创建新项目

• 在STMCubeMX主界面，点击ACCEE TO MCU SELECTOR：
  
• 在Part Number里选择STM32F103C8T6,选中芯片，点击start project：
  

2. 项目环境配置

2.1 配置RCC与SYS

• 点System Cor，选择RCC，在右侧弹出的菜单栏中选Crystal/Ceramic Resonator：
  
• 选择调试接口，点System Cor，选择SYS。，在右侧弹出的菜单栏中选Serial Wire：
  

2.2 配置端口输出

• 选择PA5作为LED灯的输出，将其选为GPIO-OUT：
  

2.3 配置定时器

• 这里使用定时器2和定时器3来实现定时的功能。选中定时器2；配置定时器2的时钟源为内部时钟；设置分频系数为71，向上计数模式，计数周期为5000：
  
  
• 注意：分频系数虽然是71，但系统处理的时候会自动加上1，所以实际进行的是72分频。由于时钟一般会配置为72MHZ，所以72分频后得到1MHZ的时钟；1MHZ的时钟，计数5000次，得到时间5000/1000000=0.005秒；也就是每隔0.005秒定时器2会产生一次定时中断

2.4 配置中断与USART1

• 开启定时器2和定时器3的中断：
  
  
• 选择Connectivity，点开USART1，Mode选择异步通信Asynchronous：
  

2.5 配置时钟树

• 如下图设置即可：
  

3. 工程文件配置

• 配置项目名称与位置：
  
• 项目生成：
  

4. Keil代码编写

4.1 定时器启动代码

	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);

4.2 串口输出代码

	uint8_t hello[20]="hello windows！\r\n";

4.3 定时器中断回调函数

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	static uint32_t time_cnt =0;
	static uint32_t time_cnt3 =0;
	if(htim->Instance == TIM2)
	{
		if(++time_cnt >= 400)
		{
			time_cnt =0;
			HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,GPIO_PIN_5);
		}
	}
	if(htim->Instance == TIM3)
	{
		if(++time_cnt3 >= 1000)
		{
			time_cnt3 =0;
    HAL_UART_Transmit(&huart1,hello,20,100000);
		}
			
	}
}

三、硬件实操展示

1. 线路连接

1.1 usb to ttl ----> STM32F103C8T6核心开发板

• 3V3 —> 3V3
• GND —> GND
• RXD —> A9
• TXD —> A10
  

1.2 STM32F103C8T6 ----> 面包板

• LED灯短脚 —> A5
• LED灯长脚 —> 3V3
  

2. 代码烧录

• 打开FlyMcu:
  
• 烧录成功：
  

3. 效果展示

• LED灯周期闪烁：
  

  LED灯周期闪烁

• 串口定时输出：
  

  串口定时输出

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总结

通过这次实例演训，初步认识了STM32定时器的相关理论知识，以及在STM32F103C8T6核心开发板下，通过使用定时器Timer方式，来实现串口定时输出及LED灯周期闪烁的操作步骤；
虽然中途遇到了一些环境配置不完全导致代码运行不成功的问题，但最终都得以解决，总的来说，收获很大！
同时也期待大家能够积极留言，指出我存在的问题，谢谢！

参考文献：
https://blog.csdn.net/qq_44016222/article/details/123507270
https://blog.csdn.net/qq_42992084/article/details/104099659
https://blog.csdn.net/weixin_64559251/article/details/127561710?spm=1001.2014.3001.5502