STM32---基本定时器（含源码）小白可入

写在前面：定时器是STM32中一个十分重要的外设，并且在STM32中具有多个定时器。定时器的包括基本定时器、通用定时器以及高级控制定时器，这些定时器相关独立，不共享任何资源。当然，其难易程度也是逐渐增加的，我们当然是从简答的开始学习。本节就学习基本定时器。

一、定时器概述

1.1软件延时原理

        定时器的一个设计初衷就是为了延时，而我们前面学习过使用软件延时；例如下面这段代码：

void Delay1us()		//@11.0592MHz
{
	_nop_();
	_nop_();
	_nop_();
}

        其作用就是使晶振为11.0529Mhz的51单片机延时1微秒，它是如何进行延时的呢？是因为对于单片机来说，运行每一条程序都是需要一定的时间的，那么执行一定长度的没有实际作用的代码就能够延时CPU的一些时间，这就是软件延时的原理。

        但是这种延时方式具有一些缺点，最明显的就是：延时时间不准确以及CPU死等；

1.2定时器定时原理

        使用精确的时基，通过硬件的方式，实现定时功能，其核心是：计数器。与前面学习的看门狗有一定的相似之处。

1.3定时器分类 

1.4STM32定时器特性

类型	名称	计数器类型	预分频系数	能否产生DMA请求	功能区别
基本定时器	TIM6 TIM6	递增	1-65536	可以	没有输出通道，常用作时基，即定时功能。
通用定时器	TIM2 TIM3 TIM4 TIM5	递增 递减 中央对齐	1-65536	可以	具有多路通路，可以用于输入捕获/输出比较，也可以做时基。
高级定时器	TIM1 TIM8	递增 递减 中央对齐	1-65536	可以	除了具备通用定时器所有功能外，还具备带死区控制的互补信号输出、刹车等功能。

二、基本定时器 

2.1基本定时器介绍

基本定时器：TIM6\TIM7;

特性：16位递增计数器，计数值：0-65535；

                 16位预分频系数，分频系数：1-65536；

可用于触发DAC，在更新时间下可产生中断/DMA;

2.2基本框图 

1、时钟源 

        定时器的核心在于计数，首先需要给一个时钟源。基本定时器的时钟挂载在APB1总线上，所以它的时钟来自于APB1总线，但是基本定时器时钟不是直接APB1总线直接提供，而是先经过一个倍频器，当 APB1 的预分频器系数为 1 时，这个倍频器系数为 1， 即定时器的时钟频率等于 APB1 总线时钟频率；当 APB1 的预分频器系数≥2 分频时，这个倍频器系数就为 2 ， 即定时器 的 时钟频率等于APB1总线时钟频率的两倍 。APB1 总线的预分频器分频系数是 2，所以挂载在 APB1 总线的定时器时钟频率为 72Mhz。

2、控制器

        控制器除了控制定时器复位、使能、计数等功能之外，还可以用于触发 DAC 转换。

3、时基单元

        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) 。基本定时器的这三个寄存器都是 16 位有效数字，即可设置值范围是 0~65535。

预分频器 PSC

        有一个输入和一个输出。输入CK_PSC来源于控制器部分，实际上就是来自于内部时钟（CK_INT），即 2 倍的 APB1 总线时钟频率（72MHz）。

        输出CK_CNT 是分频后的时钟，它是计数器实际的计数时钟，通过设置预分频器寄存器(TIMx_PSC)的值可以得到不同频率 CK_CNT。

                fCK_CNT= fCK_PSC / (PSC[15:0]+1)；

其中，PSC[15:0]是写入预分频器寄存器的值。

自动重载寄存器(TIMx_ARR)

        自动重载寄存器的值是由用户自行定义的，它的值设定后，作为一个评判标准同CNT计数器的值进行比较，从而判断是否溢出，是否产生对应的响应。它是作为溢出条件的重要组成部分。

计数器寄存器(TIMx_CNT)

        基本定时器的计数器是一个递增的计数器，当寄存器（TIMx_CR1）的 CEN 位置 1，即使能定时器，每来一个 CK_CNT 脉冲，TIMx_CNT 的值就会递增加 1。当 TIMx_CNT 值 与 TIMx_ARR 的设定值相等时，TIMx_CNT 的值就会被自动清零并且会生成更新事件，然后下一个 CK_CNT 脉冲到来，TIMx_CNT 的值就会递增加 1，如此循环。在此过程中，TIMx_CNT 等于 TIMx_ARR（溢出条件） 时，我们称之为定时器溢出，因为是递增计数，故而又称为定时器上溢。定时器溢出就伴随着更新事件的发生。

影子寄存器

        在上述基本框图中，我们可以看见，在预分频器 PSC与自动重载寄存器(TIMx_ARR)的背后各含有一个影子寄存器，影子寄存器是一个实际起作用的寄存器，不可直接访问。

        举个例子：我们可以把预分频系数写入预分频器寄存器(TIMx_PSC)， 但是预分频器寄存器只是起到缓存数据的作用，只有等到更新事件发生时，预分频器寄存器的值才会被自动写入其影子寄存器中，这时才真正起作用。

更新事件

        更新事件的产生有两种情况，一是由软件产生，将 TIMx_EGR 寄存器的位 UG 置 1，产生更新事件后，硬件会自动将 UG 位清零。二是由硬件产生，满足以下条件即可： 计数器的值等于自动重装载寄存器影子寄存器的值。

2.3定时器计数模式

计数模式	条件
递增	CNT==ARR(影子)
递减	CNT==0
中心对齐	CNT==ARR（影子）-1 CNT==1

三、定时器相关寄存器 

3.1控制寄存器 1（TIMx_CR1）

         该寄存器，我们需要注意的是：位 0（CEN）用于使能或者禁止计数器，该位置 1 计数器 开始工作，置 0 则停止。还有位 7（APRE）用于控制自动重载寄存器 ARR 是否具有缓冲作用， 如果 ARPE 位置 1，ARR 起缓冲作用，即只有在更新事件发生时才会把 ARR 的值写入其影子寄存器里；如果 ARPE 位置 0，那么修改自动重载寄存器的值时，该值会马上被写入其影子寄存器中，从而立即生效。

3.2中断使能寄存器（TIMx_DIER）

        该寄存器位 0（UIE）用于使能或者禁止更新中断，因为本实验我们用到中断，所以该位需要置 1。位 8（UDE）用于使能或者禁止更新 DMA 请求，我们暂且用不到，置 0 即可。

3.3状态寄存器（TIMx_SR）

         该寄存器位 0（UIF）是中断更新的标志位，当发生中断时由硬件置 1，然后就会执行中断服务函数，需要软件去清零，所以我们必须在中断服务函数里把该位清零。如果中断到来后，不把该位清零，那么系统就会一直进入中断服务函数，这显然不是我们想要的。

3.4计数器(TIMx_CNT)

用于设定计数器的值；

3.5预分频器(TIMx_PSC)

用于设定预分频器的值；

3.6自动重装载寄存器(TIMx_ARR)

用于设定自动重装载寄存器的值。

3.7定时器溢出时间计算

计算公式：

Tput=(ARR+1)*(PSC+1)/Ft

其中：Ft为时钟源频率；ARR为自动重装载值；PSC为预分频器值；

例如：我们需要一个 500ms 周期的定时器更新中断，一般思路是先设置预分频寄存器，然后才是自动重载寄存器。考虑到我们设置的 CK_INT 为 72MHz，我们把预分频系数设置为 7200，即写入预分频寄存器的值为 7199，那么 fCK_CNT=72MHz/7200=10KHz。这 样就得到计数器的计数频率为 10KHz，即计数器 1 秒钟可以计 10000 个数。我们需要 500ms 的 中断周期，所以我们让计数器计数 5000 个数就能满足要求，即需要设置自动重载寄存器的值为 4999，另外还要把定时器更新中断使能位 UIE 置 1，CEN 位也要置 1。

四、实验配置步骤与相关库函数

4.1配置步骤

1、配置定时器基础工作参数：HAL_TIM_Base_Init()

2、定时器基础Msp初始化函数：HAL_TIM_Base_MspInit()

3、使能更新中断并启动计数器：HAL_TIM_Base_Start_IT()

4、设置中断优先级并使能中断：HAL_NVIC_SetPriority、HAL_NVIC EnablePQ()

5、编写中断服务函数：TIMx_IPQHandler()----HAL_TIM_IPQHandler()

6、编写定时器更新中断服务函数：HAL_TIM_Periodlapsed Callback()

4.2相关库函数

HAL_TIM_Base_Init 函数

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Init(TIM_HandleTypeDef *htim);

形参 1 是 TIM_HandleTypeDef 结构体类型指针变量（亦称定时器句柄）；

其中主要关注：

Instance：指向定时器寄存器基地址。

TIM_Base_InitTypeDef：

1）Prescaler：预分频系数，即写入预分频寄存器的值，范围 0 到 65535。

2）CounterMode：计数器计数模式，这里基本定时器只能向上计数。

3）Period：自动重载值，即写入自动重载寄存器的值，范围 0 到 65535。

4）ClockDivision：时钟分频因子，也就是定时器时钟频率 CK_INT 与数字滤波器所使用的 采样时钟之间的分频比，基本定时器没有此功能。

5）RepetitionCounter：设置重复计数器寄存器的值，用在高级定时器中。

6）AutoReloadPreload：自动重载预装载使能，即控制寄存器 1 (TIMx_CR1)的 ARPE 位。

该寄存器需要设置的就是标红的部分；其余不需要进行修改。

HAL_TIM_Base_Start_IT 函数

是更新定时器中断和使能定时器的函数。

其声明如下： HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim);

该函数调用了__HAL_TIM_ENABLE_IT 和__HAL_TIM_ENABLE 两个函数宏定义，分别是更新定时器中断和使能定时器的宏定义。

五、基本定时器实验

5.1实验描述

 LED0的进行状态翻转，将在定时器更新中断里进行500ms 周期的定时器更新状态。

5.2源码

main.c

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/TIM/tim.h"

int main(void)
{
    HAL_Init();                              /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);      /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                          /* 延时初始化 */
    led_init();                              /* LED初始化 */
    tim_init(5000-1,7200-1);                 /* 定时器初始化并传参 */
    while(1)
    {   
    }
}

tim.c

#include "./BSP/TIM/tim.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
TIM_HandleTypeDef tim_handler;
//定时器中断初始化函数

void tim_init(uint32_t arr,uint32_t psc)//arr自动重装载计数器值，psc预分频系数
{
    __HAL_RCC_TIM6_CLK_ENABLE();//使能时钟
    tim_handler.Instance=TIM6;//设置外设基地址
    tim_handler.Init.Period=arr;//设置自动重装载计数器值
    tim_handler.Init.Prescaler=psc; //设置预分频系数
     tim_handler.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP;//计数模式
    HAL_TIM_Base_Init(&tim_handler);//初始化库函数
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&tim_handler);//更新定时器中断和使能定时器的函数
}
//定时器基础Msp初始化
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM6_IRQn);//中断使能
  HAL_NVIC_SetPriority(TIM6_IRQn, 2, 2); //设置中断优先级
}

//定时器6中断服务函数
void TIM6_IRQHandler(void)
{
 HAL_TIM_IRQHandler(&tim_handler);
}    

//定时器溢出中断回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_5);//LED0状态翻转

}
    

led.c

#include "./BSP/LED/led.h"

void led_init(void)
{
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitTypeDef led0_init;
    led0_init.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    led0_init.Pin=GPIO_PIN_5;
    led0_init.Pull=GPIO_PULLUP;
    led0_init.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;  
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &led0_init);
    
    __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitTypeDef led1_init;
    led1_init.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    led1_init.Pin=GPIO_PIN_5;
    led1_init.Pull=GPIO_PULLUP;
    led1_init.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;  
    HAL_GPIO_Init(GPIOE, &led1_init);
    
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);

} 

 链接：https://pan.baidu.com/s/1z1SW6zDqTskoBmJs6rVEtA 
提取码：1022

5.3实验现象

基本定时器视频

总结：本节我们学习了STM32定时器中的基本定时器，主要内容包括：定时器的概述、基本定时器的内容、相关寄存器的讲解，实验的配置步骤与相关库函数，最后利用实验证明了的基本定时器的使用。内容不难，还望各位读者多多阅读，最好能自己实践一下。

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