STM32通用定时器

一、通用定时器简介

对于Cortex-M3内核的STM32F1系列通常有8个16位定时器、0个32位定时器；而Cortex-M4内核的STM32F4系列通常拥有12个16位定时器；2个32位定时器。在此，我们以通用定时器TIM2到TIM5为例。
通用定时器包含一个 16 位或 32 位自动重载计数器，该计数器由可编程预分频器驱动。
它们可用于多种用途，包括测量输入信号的脉冲宽度（输入捕获）或生成输出波形（输出比
较和 PWM）。
使用定时器预分频器和 RCC 时钟控制器预分频器，可将脉冲宽度和波形周期从几微秒调制
到几毫秒。
这些定时器彼此完全独立，不共享任何资源。

（一）通用定时器TIM2~TIM5的特性

• 16 位（TIM3 和 TIM4）或 32 位（TIM2 和 TIM5） 递增、递减和递增/递减自动重载计 数器(TIMx_CNT)。

• 16 位可编程预分频器(TIMx_PSC)，用于对计数器时钟频率进行分频 （即运行时修改），分频系数介 于 1 到 65536 之间。

• 4 个独立通道(TIMx_CH1~4)，可用于：
  （1）输入捕获
  （2）输出比较
  （3）产生PWM
  （4）输出单脉冲

• 使用外部信号控制定时器且可实现多个定时器互连的同步电路。

• 发生如下事件时生成中断/DMA 请求：
  （1） 更新：计数器上溢/下溢、计数器初始化（通过软件或内部/外部触发）
  （2） 触发事件（计数器启动、停止、初始化或通过内部/外部触发计数）
  （3） 输入捕获
  （4） 输出比较

• 支持定位用增量（正交）编码器和霍尔传感器电路

• 外部时钟触发输入或逐周期电流管理

（二）计数器模式

• 通用计数器有三种计数方式：递增计数、递减计数、递增/递减计数计数。

• 递增计数: 计数器从 0 计数到自动重载值（TIMx_ARR 寄存器的内容），然后重新 从 0 开始计数并生成计数器上溢事件。
  

• 递减计数： 计数器从自动重载值（TIMx_ARR 寄存器的内容）开始递减计数到 0， 然后重新从自动重载值开始计数并生成计数器下溢事件。
  

• 递增/递减计数： 计数器从 0 开始计数到自动重载值（TIMx_ARR 寄存器的内容）—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 并生成计数器下溢事件。之后从
  0 开始重新计数。
  

（三）通用计时器框图

1.时钟源

图中黄色方框内是为通用计数器提供的时钟，STM32F4系列的时钟来源有以下四种：

• 内部时钟源（CK_INT）：如果禁止从模式控制器（TIMx_SMCR 寄存器中 SMS=000），则 CEN 位、DIR 位 （TIMx_CR1 寄存器中）和 UG 位（TIMx_EGR 寄存器中）为实际控制位，并且只能通过软
  件进行更改（UG 除外，仍自动清零）。当对 CEN 位写入 1 时，预分频器的时钟就由内部时
  钟 CK_INT 提供。实际由APB1倍频产生。
• 外部时钟源模式 1：当从模式控制器 （TIMx_SMCR ）中的 SMS=111 时，可选择此模式。实际由蓝色方框中的TI1、TI2、TI3和TI4产生。
• 外部时钟源模式 2：通过在 从模式控制器（TIMx_SMCR ）寄存器中写入 ECE=1可选择此模式。实际由外部引脚TIMx_ETR经极性选择、边沿检测、预分频器和滤波后产生。注意：此模式仅适用于 TIM2、TIM3 和 TIM4。
• 内部触发输入（ITRx）：內部触发输入口ITR0、ITR1、ITR2和ITR3，用于定时器级联时由其他定时器产生。

2. CK_PSC 时钟和CK_CNT时钟

• 如图红色方框所示，CK_PSC是由时钟源产生用于时基单元的时钟。
• CK_CNT时钟是被时基单元中的PSC预分频器分频后产生的时钟、是最终作用于时基单元的时钟。

3. 时基单元

绿色方框内是时基单元部分
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)

（1）计数器寄存器 (TIMx_CNT)：根据我们所选择的计数模式进行计数。

（2）预分频器寄存器 (TIMx_PSC)：预分频器可对计数器时钟频率进行分频，分频系数介于 1 到 65536 之间。该预分频器基于 16 位/32 位寄存器（TIMx_PSC 寄存器）所控制的 16 位计数器。由于该控制寄存器具有缓 冲功能，因此预分频器可实现实时更改。而新的预分频比将在下一更新事件发生时被采用。

（3） 自动重载寄存器 (TIMx_ARR)：自动重载寄存器是预装载的。对自动重载寄存器执行写入或读取操作时会访问预装载寄存器。预装载寄存器的内容既可以直接传送到影子寄存器，也可以在每次发生更新事件 (UEV) 时传送到影子寄存器，这取决于 TIMx_CR1 寄存器中的自动重载预装载使能位 (ARPE)。当 计数器达到上溢值（或者在递减计数时达到下溢值）并且 TIMx_CR1 寄存器中的 UDIS 位为 0 时，将发送更新事件。该更新事件也可由软件产生。

（4）影子寄存器：

如图所示：寄存器下方有阴影的寄存器为影子寄存器。我们可以理解为有影子的寄存器。实际上这个寄存器是对应着两个寄存器：一个是它的本体，称为预装载寄存器；一个是他的影子，就是影子寄存器了。实际存在的、我们可以直接操作的寄存器就是预装载寄存器，但是在程序执行过程中真正产生作用的却是影子寄存器。

4.输入捕获

图中蓝色方框中为输入捕获通道。在输入捕获通道中产生的信号经滤波和边沿检测后再经过预分频器，最后到达捕获/比较寄存器。捕获/比较寄存器检测到跳变沿后对计数器的值进行锁存，预分频器可以设置多少个跳变沿检测一次。

5.输出比较

图中紫色部分为输出比较部分，此功能用于控制输出波形，或指示已经过某一时间段。