STM32F103单片机学习—— 通用定时器

本篇重点记录的是STM32F1的通用定时器。

STM32F103ZE有8个定时器，其中2个高级定时器（TIM1、TIM8），4个通用定时器（TIM2、TIM3、TIM4、TIM5），2个基本定时器（TIM6、TIM7）。下表是对这8个定时器的详细描述。

定时器种类	位数	计数器模式	产生DMA请求	捕获/比较通道	互补输出	特殊应用场景
高级定时器（TIM1，TIM8）	16	向上、向下、向上/下	可以	4	有	带死区控制盒紧急刹车，可应用于PWM电机控制
通用定时器（TIM2~TIM5）	16	向上、向下、向上/下	可以	4	无	通用。定时计数，PWM输出，输入捕获，输出比较
基本定时器（TIM6，TIM7）	16	向上、向下、向上/下	可以	0	无	主要应用于驱动DAC

上表中可看出STM32F103ZE定时器都是16位的，捕获/比较通道有4个，计数模式包括3种（向上计数、向下计数、中央对齐（向上/向下）计数）。

在此对计数模式做一个解释

①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。

②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。

③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。

1、通用计时器概述

通用计数器TIMx（TIM2~TIM5）定时器的特点包括：

位于低速的APB1总线上(APB1)
16 位向上、向下、向上/向下(中心对齐)计数模式，自动装载计数器（TIMx_CNT）。
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），这些通道可以用来作为：

① 输入捕获

② 输出比较

③ PWM 生成(边缘或中间对齐模式)

④ 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。
产生中断/DMA（6个独立的IRQ/DMA请求生成器），该中断产生的事件如下：

① 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)

② 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)

③ 输入捕获

④ 输出比较

⑤ 支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路

⑥ 触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理
STM32 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。STM32 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。

通用计时器框图如下：

从图中我们可以看到通用计时器由时钟、时基单元、输入电路、输出电路构成，下面将会对这四块分别做介绍。

2、通用计数器时钟的选择

上图总结为计数器的时钟有8种选择：

内部RCC提供的时钟：TIMxCLK（CK_INT）

CK_INT（内部时钟）值的计算：

从下图可知如果是APB1的分频系数是1，则通用定时器的时钟=APB1的时钟；否则（APB1的分频系数不是1）通用寄存器的时钟=APB1时钟*2；

如：默认使用SystemInit函数的情况下，SYSCLK=72M，AHB时钟=72M，APB1时钟=36M，APB1的分频系数=AHB时钟APB1时钟=2APB1的分频系数=AHB时钟APB1时钟=2 ，所以通用定时器时钟CK_INT=2*36M=72M。
内部触发器输入口1~4（ITR1、ITR2、ITR3、ITR4），用一个定时器作为另一定时器的分频
外部捕捉比较引脚，引脚1（TI1FP1或TI1F_ED）、引脚2（TI2FP2）
外部引脚：ETR（使能/禁止位、可编程设定极性、4位外部触发过滤器、外部触发分频器[分频器关闭、二分频、四分频、八分频]）

计数器时钟可以由下列时钟源提供（该内容意思同上）：

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，如可以配置一个定时器Timer1而作为另一个定时器Timer2的预分频器。

3、时基单元

从上图中我们可看到定时器的构成：

1）计数寄存器（TIMx_CNT）

该寄存器计数模式为3种，向上计数、向下计数和对齐计数

2）预分频器寄存器（TIMx_PSC）

可将时钟频率按1到65536之间的任意值进行分频，可在运行时改变其设置值

3）自动装载寄存器（TIMx_ARR）

如果TIMx_CR1寄存器中的ARPE位为0，ARR寄存器的内容将直接写入影子寄存器；如果ARPE为1，ARR寄存器的内容将再每次的更新事件UEV发生时，传送到影子寄存器；

如果TIMx_CR1中的UDIS位为0，当计数器产生溢出条件时，产生更新事件；

4）控制寄存器1（TIMx_CR1）

5）DMA中断使能寄存器（TIMx_DIER）

6）定时器中断实现步骤

时基单元为我们提供了定时的功能，我们利用该功能实现如下示例程序的编写：

通过定时器中断配置，实现每500ms中断一次，通过定时中断实现LED灯闪烁。

① 使能定时器时钟。

RCC_APB1PeriphClockCmd();

② 初始化定时器，配置ARR,PSC（即配置自动装载寄存器TIMx_ARR和预分频寄存器值TIMx_PSC）

TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, IM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);

ARR、PSC如何确定

1）我们知道计数器ARR溢出后会产生更新中断，我们以中心对齐模式的时序图来说明，如下图：

上图中CK_INT前面已说过，其频率由APB1来决定，若使用默认时钟SystemInit初始化的话，CK_INT=72MHz。

CK_CNT如何确定，我们看下图

CK_INT=APB1或APB1∗2CK_INT=APB1或APB1∗2

上述公式为何计数器ARR和时钟分频PSC都要加1，因为这两个值是配置在寄存器中的，其实从0开始计数，故要加1。

根据上面导出的Tout的公式，结合本小节开头的需求，中断时间设置为500ms，我们可使用默认的系统频率，则Fck_psc=CK_INT=72MHz，则

500（ms）=（ARR+1）∗T=（ARR+1）∗（PSC[15:0]+1）72000500（ms）=（ARR+1）∗T=（ARR+1）∗（PSC[15:0]+1）72000

设PSC=7199，则ARR=4999，该需求的ARR,PSC我们将会以此值去配置。

③ 开启定时器中断，配置NVIC。

void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState);

NVIC_Init();

④ 使能定时器。

TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);

⑤ 编写中断服务函数。

TIMx_IRQHandler();

7）程序编写

//通用定时器3中断初始化

//这里时钟选择为APB1的2倍，而APB1为36M

//arr：自动重装值。

//psc：时钟预分频数

//这里使用的是定时器3!

void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)

{

    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能

    //定时器TIM3初始化

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式

    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化TIMx的时间基数单位

    TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中断,允许更新中断

    //中断优先级NVIC设置

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;  //TIM3中断

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //先占优先级0级

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //从优先级3级

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //初始化NVIC寄存器

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx

}

//定时器3中断服务程序

void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中断

{

    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否

    {

    TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志

    LED1=!LED1;

    }

}

//LED1闪烁的周期为500ms，LED0闪烁的周期为200ms，看到的现象为LED1闪烁慢，LED0闪烁快

int main(void)

{       

    delay_init();            //延时函数初始化

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级

        LED_Init();              //LED端口初始化

    TIM3_Int_Init(4999,7199);//10Khz的计数频率，计数到5000为500ms

        while(1)

    {

        LED0=!LED0;

        delay_ms(200);

    }

}    
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STM32通用定时器在此篇仅记录了定时器基本的概念和时基单元的功能编程，由于篇幅的限制，通用定时器的输入和输出的功能将再下篇介绍。