STM32定時(shí)器的分類及中斷原理

本文主要介紹常規(guī)定時(shí)器中的TIM3，實(shí)現(xiàn)定時(shí)器中斷的功能。STM32定時(shí)器的分類在其中一篇文章中已經(jīng)介紹過，本文主要內(nèi)容主要介紹定時(shí)器的基礎(chǔ)功能-定時(shí)器中斷，對(duì)于STM32定時(shí)器分類簡單復(fù)習(xí)一下。

一、STM32定時(shí)器的分類

1.1 按照內(nèi)核、外核、特定、常規(guī)分為4大類：

1）內(nèi)核定時(shí)器：Systick

2）外設(shè)定時(shí)器：特定應(yīng)用定時(shí)器+常規(guī)定時(shí)器

3）特定應(yīng)用定時(shí)器：LPTIM,RTC,WTD,HRTIM

4）常規(guī)定時(shí)器：基本定時(shí)器TIM6&TIM7）、通用定時(shí)器（TIM2TIM5，TIM9TIM14）、高級(jí)定時(shí)器（TIM1&TIM8）

1.2 CPU時(shí)序

此處我們提一下學(xué)習(xí)單片機(jī)原理的課程時(shí)，提到的幾個(gè)CPU時(shí)序。

振蕩周期：為單片機(jī)提供定時(shí)信號(hào)的振蕩源的周期。

狀態(tài)周期：1個(gè)狀態(tài)周期=2個(gè)振蕩周期

機(jī)器周期：1個(gè)機(jī)器周期=6個(gè)狀態(tài)周期=12個(gè)振蕩周期

指令周期：完成1條指令所占用的全部時(shí)間，以機(jī)器周期為單位。

以12MHz外接晶振為例

振蕩周期=1/12us，相當(dāng)于1/12*10^6，所以單位為us;

狀態(tài)周期=1/6us

機(jī)器周期=1us

指令周期=1~4us

STM32共有14組常規(guī)定時(shí)器，其實(shí)也可以稱為計(jì)數(shù)器，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作過程是自動(dòng)完成的，不需要CPU的參與，互相獨(dú)立，執(zhí)行不同的任務(wù)，可以增加單片機(jī)的效率。

二、定時(shí)器中斷原理

2.1 何為定時(shí)器中斷：定時(shí)器中斷是由單片機(jī)中的定時(shí)器溢出而申請(qǐng)的中斷。

提到中斷，必須滿足幾個(gè)要素： 中斷源， 中斷請(qǐng)求 ， 中斷優(yōu)先級(jí)。 使CPU發(fā)生中斷的事件稱為中斷源，中斷源向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU暫時(shí)中斷原來執(zhí)行的事件A轉(zhuǎn)去執(zhí)行事件B，事件B處理完成后繼續(xù)返回原先中斷的位置（該過程稱為中斷返回，原先中斷的地方稱為斷點(diǎn)），繼續(xù)執(zhí)行原先的事件。

2.2 中斷流程可以用下圖表示：

2.3 中斷優(yōu)先級(jí)

在這篇文章里，介紹了STM32中的 中斷優(yōu)先級(jí)分組、中斷優(yōu)先級(jí)（搶占優(yōu)先級(jí)&響應(yīng)優(yōu)先級(jí)）、嵌套向量中斷控制器NVIC等概念，那么我們定時(shí)器中斷也必須滿足這個(gè)規(guī)則---定時(shí)器中斷也要用NVIC來設(shè)置其中斷組別、搶占優(yōu)先級(jí)、響應(yīng)優(yōu)先級(jí)。

STM32中斷分組有5種

#define NVIC_PriorityGroup_0 ((uint32_t)0x700)

/*!< 0 bits for pre-emption priority 4 bits for subpriority */

#define NVIC_PriorityGroup_1 ((uint32_t)0x600)

/*!< 1 bits for pre-emption priority 3 bits for subpriority */

#define NVIC_PriorityGroup_2 ((uint32_t)0x500)

/*!< 2 bits for pre-emption priority 2 bits for subpriority */

#define NVIC_PriorityGroup_3 ((uint32_t)0x400)

/*!< 3 bits for pre-emption priority1 bits for subpriority */

#define NVIC_PriorityGroup_4 ((uint32_t)0x300)

/*!< 4 bits for pre-emption priority 0 bits for subpriority */

在函數(shù)中要調(diào)用

void MY_NVIC_Init(u8 NVIC_PreemptionPriority,u8 NVIC_SubPriority,u8 NVIC_Channel,u8 NVIC_Group)

實(shí)現(xiàn)對(duì)某一個(gè)中斷的中斷分組和優(yōu)先級(jí)配置。

與定時(shí)器配置緊密相關(guān)的就是自動(dòng)重裝載計(jì)數(shù)器(CNT)和預(yù)分頻器（PSC）,初始化定時(shí)器就是對(duì)定時(shí)器的CNT、PSC進(jìn)行設(shè)置。下面介紹一下與本文密切相關(guān)的幾個(gè)通用定時(shí)器的寄存器

三、定時(shí)器相關(guān)寄存器及中斷編程

3.1****定時(shí)器相關(guān)寄存器

3.1.1 控制寄存器TIMx_CR1

位0 CEN：計(jì)數(shù)器使能，0：禁止計(jì)數(shù)器，1，使能計(jì)數(shù)器

注意：只有事先通過軟件將CEN位置去，才可以使用外部時(shí)鐘、門控模式、編碼器模式，而觸發(fā)模式可以通過硬件自動(dòng)將CEN置1；在單脈沖模式下，當(dāng)發(fā)生更新事件時(shí)會(huì)自動(dòng)將CEN位清零。

本實(shí)驗(yàn)中，我們只用到了TIMx_CR1的最低位，也就是計(jì)數(shù)器使能位，該位必須置1，才能讓定時(shí)器開始計(jì)數(shù)。

3.1.2 DMA中斷使能寄存器 TIMx_DIER

位0 UIE：更新中斷使能，0：禁止更新中斷，1：使能更新中斷

TIMx_DIER是一個(gè)16bit的寄存器，對(duì)于要實(shí)現(xiàn)的中斷試驗(yàn)，我們僅關(guān)心第0bit，因?yàn)槎〞r(shí)器中斷實(shí)驗(yàn)要用到定時(shí)器的更新中斷，所以將該位置為1，表示允許更新時(shí)間所產(chǎn)生的中斷。

3.1.3預(yù)分頻寄存器TIMx_PSC

位0:15 PSC:預(yù)分頻器值。(范圍是0~65535)

表示計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率CK_INT 等于Fck_psc/(PSC[15:0]+1).PSC包含在每次發(fā)生更新事件時(shí)要裝載到實(shí)際預(yù)分頻器寄存器的值。（84MHz的CK_INT，那計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率為84/(PSC[15:0]+1）MHz，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘的取值范圍為（0.00128~84）MHz，那么計(jì)數(shù)器時(shí)鐘周期為0.012us(84MHz)~781us(0.001MHz);

這個(gè)地方要注意：預(yù)分頻值=實(shí)際分頻值-1，如果要設(shè)定實(shí)際分頻值為8400（定時(shí)器的工作頻率為10kHz），那我們?cè)O(shè)定預(yù)分頻值為8399

也再復(fù)習(xí)一下定時(shí)器的時(shí)鐘知識(shí)：

1.STM32總的有3種時(shí)鐘源，分為 內(nèi)部時(shí)鐘、外部時(shí)鐘、鎖相環(huán)倍頻輸出時(shí)鐘，包含LSI,LSE,HSI,HSE等；

2.系統(tǒng)時(shí)鐘為168MHz，其他時(shí)鐘都是通過分頻(系統(tǒng)時(shí)鐘除以一個(gè)分頻系數(shù))給系統(tǒng)的各板塊使用；

3.看下圖三個(gè)紅色框的部分，系統(tǒng)時(shí)鐘(以F407系列為例)是168MHZ，通過設(shè)置不同的分頻值給AHB總線，看第一個(gè)紅框，可以設(shè)置為1.2...512，然后AHB總線再分頻給APB分線，看第二個(gè)紅框，再次分頻的值可以為1.2.4.8.16,上面的是直接分頻過后給APBx外設(shè)時(shí)鐘使用，我們重點(diǎn)看第二根線，注意第三個(gè)紅框，如果APBx的分頻值設(shè)置為1，那么APBx的定時(shí)器時(shí)鐘的時(shí)鐘頻率設(shè)置為與APB一樣,如果是其他的數(shù)字，那么設(shè)置為APB的時(shí)鐘頻率的兩倍。通過查手冊(cè)知道兩個(gè)基本定時(shí)器的時(shí)鐘頻率都?xì)w屬于APB線上的，且APB1和APB2的分頻系數(shù)都不為1（可以通過中找到配置），因此基本定時(shí)器的時(shí)鐘頻率已經(jīng)確定。

看下面這張圖，在文件system.stm324fxx.c中可以找到，

第一行表示系統(tǒng)時(shí)鐘來源是HSE，之前提過，它是高速外部時(shí)鐘，由外部晶振產(chǎn)生，第二三行表示系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置為168MHZ（由外部時(shí)鐘HSE倍頻實(shí)現(xiàn)，具體這里不深究），第四五六行，分別表示AHB，APB1,APB2的分頻系數(shù)，即分別設(shè)置為168MHZ,42MHZ,84MHZ。

注意，如前所述APB1的分頻值為4，不為1，故其包含的基本定時(shí)器模塊的時(shí)鐘頻率需乘2，即42×2為84MHZ。由此我們得知基本定時(shí)器的時(shí)鐘源為84MHZ。

1）內(nèi)部時(shí)鐘(CK_INT)

2）外部時(shí)鐘模式1：外部輸入引腳(TIx)

3）外部時(shí)鐘模式2:外部觸發(fā)輸入（ETR)用于TIM2.TIM3.TIM4

4）內(nèi)部觸發(fā)輸入(ITRx)，使用定時(shí)器A作為B定時(shí)器的預(yù)分頻(A為B提供時(shí)鐘)

這些時(shí)鐘，具體選擇哪個(gè)可以通過TIMx_SMCR寄存器的相關(guān)位來設(shè)置，CK_INT時(shí)鐘是從APB1倍頻來的，除非APB1的時(shí)鐘分頻數(shù)設(shè)置為1，否則通用定時(shí)器TIMx的時(shí)鐘是APB1時(shí)鐘的2倍，當(dāng)APB1時(shí)鐘不分頻時(shí)，通用定時(shí)器的時(shí)鐘就等于APB1的時(shí)鐘，這里還要注意的就是高級(jí)定時(shí)器以及TIM9~TIM11的時(shí)鐘是來自APB2。

3.1.4 TIMx_CNT計(jì)數(shù)器

位15:0 CNT[15:0]:計(jì)數(shù)器值，該寄存器存儲(chǔ)了當(dāng)前寄存器的計(jì)數(shù)值。范圍為065535，可以計(jì)時(shí)的范圍是051s(假定是分頻PSC設(shè)為65535，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率是84/65536MHz，每個(gè)時(shí)鐘脈沖周期為781us)

3.1.5自動(dòng)重載寄存器（TIMx_ARR）

位15:0 ARR[15:0]:自動(dòng)重載值。

ARR是要裝載到實(shí)際自動(dòng)重載寄存器的值。需要注意，該寄存器在物理上實(shí)際對(duì)應(yīng)著2個(gè)寄存器，一個(gè)是程序員可以直接配置的，另外一個(gè)是程序員看不到的，這個(gè)看不到的寄存器叫影子寄存器，在《STM32F4xx中文參考手冊(cè)》里面有提到，事實(shí)上真正起作用的是影子寄存器，根據(jù)TIMx_CR1寄存器中的APRE位的設(shè)置：APRE=0，預(yù)裝載寄存器的內(nèi)容可以隨時(shí)傳送到影子寄存器，此時(shí)兩者是連通的；而APRE=1時(shí)，每一次更新事件（UEV）時(shí)，才能把預(yù)裝載寄存器ARR的內(nèi)容傳送到影子寄存器。

3.1.6狀態(tài)寄存器（TIMx_SR）

位0 UIF:更新中斷標(biāo)志。

• 該位在發(fā)生更新事件時(shí)通過硬件置1，但需要通過軟件清零。0：未發(fā)生更新，1：更新中斷掛起
• 上溢或者下溢（對(duì)于TIM2~TIM5）以及當(dāng)TIMx_CR1寄存器UDIS=0時(shí)，
• TIMx_CR1中的寄存器中的URS=0且UDIS=0，并且由軟件使用TIMx_EGR寄存器中的UG位重新初始化CNT時(shí)。TIMx_CR1寄存器中的URS=0&UDIS=0,并且由CNT由觸發(fā)事件重新初始化。

3.2定時(shí)器中斷編程

3.2.1編程步驟

1）TIM3時(shí)鐘使能，通過APB1ENR的第1位來設(shè)置TIM3的時(shí)鐘，APB1的分頻系數(shù)是4，那么APB1為168/4=42MHz，TIM3時(shí)鐘是APB1時(shí)鐘的2倍，等于84MHz.

2)設(shè)置TIM3_ARR和TIM3_PSC的值，通過這兩個(gè)寄存器，設(shè)置自動(dòng)重裝值和分頻系數(shù)，這兩個(gè)參數(shù)加上時(shí)鐘頻率決定了定時(shí)器的溢出事件。

3）設(shè)置TIM3_DIER允許更新中斷。因?yàn)槲覀円褂肨IM3的更新中斷，所以設(shè)置DIER的UIE位為1，使能更新中斷

4）允許TIM3工作。設(shè)置好定時(shí)器參數(shù)后，還需要開啟定時(shí)器，通過TIM3_CR1的CEN位來設(shè)置

5）TIM3中斷分組設(shè)置。配置完定時(shí)器后，因?yàn)橐a(chǎn)生中斷，必須要設(shè)置NVIC相關(guān)寄存器，以使能TIM3中斷。

6）編寫中斷服務(wù)函數(shù)。在中斷產(chǎn)生后，通過狀態(tài)寄存器的值來判斷此次產(chǎn)生的中斷屬于什么類型，然后執(zhí)行相關(guān)的操作，這里采用的是更新(溢出)中斷，所以要關(guān)注狀態(tài)寄存器的SR的最低位，在處理完成之后，將TIM3_SR的最低位寫0，來清除該中斷標(biāo)志。

以下是定時(shí)器3的中斷測試代碼

//通用定時(shí)器3中斷初始化
//時(shí)鐘選擇為APB1的2倍，APB1=42MHz
//arr:自動(dòng)重載值
//psc:時(shí)鐘預(yù)分頻數(shù)
//定時(shí)器溢出時(shí)間：Tout=((arr+1)*(psc+1))/ft
//ft=定時(shí)器的工作頻率，MHz
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
RCC->APB1ENR|=1<<1;//TIM3時(shí)鐘使能    
 TIM3->ARR=arr;  //設(shè)定計(jì)數(shù)器自動(dòng)重裝值 
TIM3->PSC=psc;  //預(yù)分頻器  
TIM3->DIER|=1<<0;   //允許更新中斷  
TIM3->CR1|=0x01;    //使能定時(shí)器3
MY_NVIC_Init(1,3,TIM3_IRQn,2);//搶占1，子優(yōu)先級(jí)3，組2 }

//定時(shí)器3中斷服務(wù)程序   
void TIM3_IRQHandler(void)
{                         
  if(TIM3->SR&0X0001)//溢出中斷
  {
    LED1=!LED1;                                          
  }           
  TIM3->SR&=~(1<<0);//清除中斷標(biāo)志位       
}