STM32有哪幾種定時器 STM32高級定時器有哪些功能

在數(shù)字電路中時鐘是整個電路的心臟，電路的的一舉一動都是根據(jù)時鐘節(jié)拍下進行的，隨著信息量逐漸提高，對硬件信息處理能力提出了更大的需求，時鐘作為數(shù)字硬件的關(guān)鍵成員，其性能需要我們關(guān)注，尤其在高速電路設(shè)計中對模擬轉(zhuǎn)換芯片對時鐘性能有很高的需求，因此正確選擇時鐘是很關(guān)鍵的一步，前提是我們要了解時鐘的關(guān)鍵參數(shù)咯。在數(shù)字電路中最常見的時鐘元件有晶振和鎖相環(huán)、時鐘緩沖器等，本節(jié)對外部定時器進行重點講解。

STM32 定時器專題講解

SysTick定時器的功能比較單一，主要是供給系統(tǒng)使用的，系統(tǒng)默認設(shè)置為1ms觸發(fā)一次中斷。而用戶想要使用自己的定時器，STM32提供的用戶定時器不但數(shù)量多且功能更加強大。不同型號的STM32提供的定時器數(shù)量不同。

STM32F4xx 系列微控制器具有多達14個定時器。其中包括2個基本定時器，10 個通用定時器2個高級定時器。其中最大定時器時鐘可通過 RCC_DCKCFGR 寄存器配置為 84MHz 或者 168MHz。一般是默認配置。

捕獲/比較通道：每一個通道對應(yīng)著外部一個管腳，接收外部的一些信號或者輸出一些信號。

基本定時器TIM6和TIM7：和SysTick定時器的功能差不多，基板上就是定時計數(shù)以及驅(qū)動DAC的功能。

通用定時器TIM2、5、3、4、9、10、11、12、13、14：功能比基本定時器的功能多，且包含基本定時器的功能，多出來的功能包括輸入捕獲（通過捕獲通道，一個外接的管腳來測量外部信號的頻率和脈寬等）、輸出比較、PWM輸出（也對應(yīng)一個專門的通道）、使用外部信號控制定時器和定時器串連的同步電路的應(yīng)用等一些在特殊場合應(yīng)用的功能。

高級定時器TIM1和TIM8：包括了通用定時器的所有功能，在通用定時器的基礎(chǔ)上增加了更加特殊更加專業(yè)的功能，主要是用于PWM控制一些工業(yè)上的電機，還有帶一些死區(qū)控制、急剎車等專業(yè)功能。

定時器計數(shù)模式：

向上計數(shù)模式：計數(shù)器從0計數(shù)到自動加載值(TIMx_ARR，相當(dāng)于SysTick的重載數(shù)值寄存器)，然后重新從0開始計數(shù)，達到設(shè)定的數(shù)值時產(chǎn)生一個計數(shù)器溢出事件。

向下計數(shù)模式：計數(shù)器從自動裝入的值(TIMx_ARR)開始向下計數(shù)到0，然后從自動裝入的值重新開始，并產(chǎn)生一個計數(shù)器向下溢出事件。

中央對齊模式（向上/向下計數(shù)）：計數(shù)器從0開始計數(shù)到自動裝入的值-1，產(chǎn)生一個計數(shù)器溢出事件，然后向下計數(shù)到1并且產(chǎn)生一個計數(shù)器溢出事件；然后再從0開始重新計數(shù)。該模式簡單說明為先進行向上計數(shù)模式，當(dāng)達到數(shù)值寄存器的值時，進行中斷服務(wù)，而計數(shù)器的值不會恢復(fù)為0重新向上計數(shù)，而是保持該值轉(zhuǎn)而采用向下計數(shù)模式，減到0時觸發(fā)中斷進行中斷服務(wù)，再采用向上計數(shù)模式，周而復(fù)始。

定時器的時鐘：

APB1和APB2總線上分別掛載的外設(shè)和定時器的最大時鐘頻率是不同的。

定時器的時基：

時鐘源：定時器時鐘 TIMxCLK，即內(nèi)部時鐘 CK_INT，經(jīng) 對應(yīng)的APB 預(yù)分頻器后分頻提供

計數(shù)器時鐘：定時器時鐘經(jīng)過 PSC 預(yù)分頻器之后，即 CK_CNT，用來驅(qū)動計數(shù)器計數(shù)，一般情況下該時鐘頻率值就是時鐘源的頻率值，為默認配置

計數(shù)器CNT：是一個 16 位/32的計數(shù)器

自動重裝載寄存器：這里面裝著計數(shù)器能計數(shù)的最大數(shù)值。當(dāng)計數(shù)到這個值的時候，如果使能了中斷的話，定時器就產(chǎn)生溢出中斷

計時中斷時間：1/（TIMxCLK/(PSC+1)） * (ARR+1) 這里所有的加1是因為從0開始

輸入捕獲與輸出比較：

輸入捕獲：可以用來捕獲外部事件，比如引腳的電平變化（上升沿，下降沿），并記錄下變化的時間，通常可以用來測量外部信號的頻率或者電平持續(xù)的時間。

輸出比較：此項功能是用來控制一個輸出波形，當(dāng)計數(shù)器與捕獲/比較寄存器的內(nèi)容相同時，輸出比較功能做出相應(yīng)動作，比如電平的翻轉(zhuǎn)。通常用于生產(chǎn)PWM波形。

STM32定時器定時中斷實驗：利用基本定時器實現(xiàn)定時1秒中斷，并在中斷處理函數(shù)中打印輸出字符

使用定時器必須知道定時器時鐘源是多少，本實驗使用基本定時器TIM６，掛載再APB１總線上，因此時鐘源大小為84MHz，設(shè)置分頻系數(shù)為8400-1，則計數(shù)器的時鐘頻率為10KHz，即一個CLK的周期為100us，想要實現(xiàn)1s中斷，則裝載寄存器的大小為1000-1。

第一步先配置時鐘

第二步配置定時器TIM６

第三步配置中斷

值得注意的是，STM32有很多片內(nèi)外設(shè)，而一般情況下每一種片內(nèi)外設(shè)的數(shù)量不唯一，因此要有啟動函數(shù)來啟動用戶想要的啟動的目標(biāo)外設(shè)。如本節(jié)中定時器數(shù)量有很多，需要一定的定時器啟動函數(shù)區(qū)分不同的定時器，然后啟動目標(biāo)定時器，而系統(tǒng)定時器只有一個，再整個工作過程中一直工作，不需要專門的啟動函數(shù)。HAL_TIM_Base_Start(TIM_HandleTypeDef *htim)可以啟動定時器，HAL_TIM_Base_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim)既可以啟動定時器，又可以使能定時器中斷。

//mian.c 


int main(void) {  
    HAL_Init();  
    SystemClock_Config();  
    MX_GPIO_Init();  
    MX_TIM6_Init();／／定時器初始化，配置參數(shù)  
    MX_USART1_UART_Init(); 
    printf("this is tim6 int testn"); 
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6);／／啟動定時器并使能中斷  
    while (1)  
    { } 
}

在定時器中斷處理函數(shù)中有很多不同類型的事件可以觸發(fā)定時器中斷，如輸入捕獲，輸出比較，由于向上計數(shù)到達指定數(shù)值時，計數(shù)器會重新更新數(shù)值，所以我們選擇數(shù)值更新事件。

所以在中斷處理中我們只需重寫回調(diào)函數(shù)HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(htim);即可

//tim.c 
//重寫回調(diào)函數(shù)完成邏輯功能 
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { 
    if(htim- >Instance == TIM6){ //判斷是不是基本定時器TIM６  
    printf("tim6 intn"); 
    } 
}

高級定時器功能分析

高級定時器和通用定時器在基本定時器的基礎(chǔ)上引入了外部引腳，可以輸入捕獲和輸出比較功能。高級控制定時器比通用定時器增加了可編程死區(qū)互補輸出、重復(fù)計數(shù)器、帶剎車(斷路)功能，這些功能都是針對工業(yè)電機控制方面。

功能分析如下：

①時鐘源：對于高級或者通用定時器來說，時鐘源不僅僅只有來自APB總線的內(nèi)部時鐘，其時鐘源還可以來自外部，通過定時器連接外部的管腳引入進來，一般情況下我們都是使用內(nèi)部時鐘。

②控制器：包括觸發(fā)控制器、從模式控制器以及編碼器接口。觸發(fā)控制器用來針對片內(nèi)外設(shè)輸出觸發(fā)信號，比如為其它定時器提供時鐘和觸發(fā) DAC/ADC 轉(zhuǎn)換。編碼器接口專門針對編碼器計數(shù)而設(shè)計。從模式控制器可以控制計數(shù)器復(fù)位、啟動、遞增/遞減、計數(shù)。

③時基單元：定時計數(shù)的核心，預(yù)分頻器 PSC：對輸入時鐘進行分頻得到計數(shù)器的驅(qū)動時鐘CK_CNT，計數(shù)器 CNT: 在外部時鐘的驅(qū)動下實時的進行計數(shù)，自動重載寄存器 ARR：用來存放與計數(shù)器，CNT 比較的值，如果兩個值相等就遞減重復(fù)計數(shù)器。

重復(fù)計數(shù)器 RCR：高級定時器特有，在定時器發(fā)生上溢或下溢事件時遞減重復(fù)計數(shù)器的值，只有當(dāng)重復(fù)計數(shù)器為0 時才會生成更新事件。相當(dāng)于有了一個緩沖，溢出時不會直接觸發(fā)中斷，而是時重復(fù)計數(shù)器減一，也就是可以延長計數(shù)時間，想要延長幾倍，重復(fù)計數(shù)器里的數(shù)值就是幾。

④輸入捕獲：輸入捕獲可以對輸入的信號的上升沿，下降沿或者雙邊沿進行捕獲，常用來測量輸入信號的脈寬和頻率，一個定時器可能有很多通道，每個通道對應(yīng)一個管腳，但是一個定時器不會擁有超過４個通道。

外部通過管腳將信號輸入后，信號會經(jīng)過一個輸入濾波器和邊沿檢測器。外部輸入的信號雜亂，使用濾波器進行濾波調(diào)整，過濾出用戶想要的頻率的信號；邊沿檢測器用來檢測輸入波形的頻率，以上升沿為例，第一次檢測到上升沿，將計數(shù)器的值CNT放入到捕獲寄存器CCR（捕獲寄存器就是用來記錄數(shù)值的），捕獲到下一次上升沿后再把計數(shù)器的值CNT放入到捕獲寄存器CCR，兩次數(shù)值相減就知道中間經(jīng)歷了多少個上升沿，再根據(jù)中間經(jīng)過的時間就可以算出頻率。

這里的預(yù)分頻器的作用是規(guī)定采集多少次上升沿才記錄一次。

⑤公共部分：公共部分就是CCR（capture compare），捕獲／比較寄存器，用來記錄特定數(shù)值。

⑥輸出比較：輸出一些固定頻率，且電平的寬度可以調(diào)節(jié)波形信號。輸出比較就是通過定時器的計數(shù)比較控制外部引腳對外輸出高低電平，比較輸出有很多種模式，其中PWM模式是輸出比較中使用的最多的模式。

輸出比較的基本原理為：在CCR中記錄一個值，專門用來與ARR（裝載寄存器）中的值進行比較比較的，因此可以這樣設(shè)定，當(dāng)CNT（計數(shù)器中的值，不斷變化的）小于CCR中的值時輸出低電平，當(dāng)CNT的值大于CCR中的值時輸出高電平。不會大于ARR中的值，因為ARR的值是用戶設(shè)定的最大值，超過就會溢出觸發(fā)中斷，CNT變回0重新計數(shù)。因此通過設(shè)置CCR中的值就可以調(diào)節(jié)高/低電平的寬度，這就是所謂的PWM波的原理。

互補輸出和死區(qū)控制

高級控制定時器比通用定時器增加了可編程死區(qū)互補輸出功能，常應(yīng)用在工業(yè)電機控制方面，下面紅框中的寄存器就是用來實現(xiàn)此功能的。

H橋電機如下圖所示，從上圖中可以看到每個定時器通過DTG寄存器和輸出控制單元連接了CHx和CHxN兩根管腳，正是用來與H橋電機的OCx和OCxN相連

互補輸出：兩根管腳一個輸出高電平，另一個必須為低電平，在H橋電機中，OCx為高電平，OCxN必須為低電平，此時電機逆時針逆時針旋轉(zhuǎn)，反之電機順時針旋轉(zhuǎn)。倘若兩根管腳同時為高電平，則會導(dǎo)致電機損毀。如圖，互補輸出在一根管腳變?yōu)楦唠娖降乃查g要求另一跟管腳變?yōu)榈碗娖?，但是這屬于理想狀態(tài)，實際上兩根管腳的電平變化一定會有延時，就會出現(xiàn)兩根管腳同時為高電平的情況，于是引入死區(qū)控制。

死區(qū)控制是當(dāng)一根管腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，另一管腳不會立即變?yōu)楦唠娖?，延時一小段時間后再變?yōu)楦唠娖?，延時的這一小段時間就稱之為死區(qū)，插入死去就避免了電機燒毀的問題。DTG寄存器是配置死區(qū)發(fā)生器 (Dead-time generator setup)，保存的值為死區(qū)持續(xù)的時間。

STM32定時器輸入捕獲實驗

輸入捕獲可以對輸入的信號的上升沿，下降沿或者雙邊沿進行捕獲，常用來測量輸入信號的脈寬和頻率。加入我們設(shè)置捕獲下降沿，可以使能中斷，捕獲到下降沿后產(chǎn)生中斷，在中斷中執(zhí)行用戶程序。捕獲到下降沿后將計數(shù)器的值保存到捕獲寄存器中，當(dāng)出現(xiàn)下一次下降沿后同樣會觸發(fā)中斷，也會把當(dāng)前計數(shù)器的值保存到捕獲寄存器中。通過保存到捕獲寄存器中兩次數(shù)值的差值計信號頻率或者電平持續(xù)的時間。

如果想要捕獲脈寬，捕獲上升沿后應(yīng)該立即設(shè)置為捕獲下降沿。value2-value1就是高電平持續(xù)的時間，也就是脈寬。

實驗：利用定時器2的輸入捕獲功能測量按下KEY6鍵后低電平持續(xù)的時間

說明：根據(jù)原理圖可得，按鍵KEY6的管腳為PA0，正常情況下管腳電平為高電平，按下后管腳電平為低電平。所以應(yīng)當(dāng)先設(shè)置捕獲下降沿，當(dāng)捕獲到下降沿后立即設(shè)置未捕獲上升沿。兩簇計數(shù)器的差值即可得低電平持續(xù)的時間，但這知識理想狀態(tài)下，實際的操作過程中人有需要考慮的因素。

如果低電平的持續(xù)時間很長，那么計數(shù)器不可能無限增長，在計數(shù)時會產(chǎn)生N次溢出。所以有如下計算方法，當(dāng)?shù)谝淮尾东@到下降沿的時候，在捕獲中斷中我們將計數(shù)器的值清零并設(shè)置下一次捕獲為上升沿，這樣，低電平持續(xù)的時間就為T=N*ARR+CCRx2。在第二次捕獲到上升沿時，用戶可在上升沿捕獲中斷中統(tǒng)計時間，設(shè)置其他參數(shù)等。

步驟：

1.配置時鐘RCC。

2.選擇管腳PA0，配置為TIM2的通道1。

3.配置TIM2硬件。

4.TIM2協(xié)議參數(shù)配置。

5.中斷配置。

//mian.c 


int main(void) {  
    HAL_Init();  
    SystemClock_Config();  
    MX_GPIO_Init();  
    MX_TIM2_Init();//初始化TIM2，配置寄存器參數(shù)  
    MX_USART1_UART_Init();  
    printf("this is tim2 cap testn");  

    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);//開啟定時器2，使能更新溢出中斷  
    HAL_TIM_IC_Start_IT (&htim2, TIM_CHANNEL_1);  
    //開啟定時器2輸入捕獲功能，使能捕獲中斷，使用通道1    
    while (1)
    {} 
}

//stm32f4xxxit.c 
void TIM2_IRQHandler(void){ //中斷函數(shù)入口   
    HAL_TIM_IRQHandler(&htim2); 
}

展開函數(shù)HAL_TIM_IRQHandler();可得如下

重寫回調(diào)函數(shù)

//tim.c 
uint8_t fall_flag = 0;  //下降沿捕獲標(biāo)志位 
uint32_t cap_value = 0; 


void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){    
    if(htim- >Instance == TIM2) {        
      if(fall_flag) {            
        cap_value += 1000000;//每次溢出給cap_value增加重裝載寄存器中的值            
        printf("update int n"); 
      }    
     } 
} 




void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {    
    if(htim- >Instance == TIM2) {        
        if(!fall_flag){//當(dāng)前捕獲到的是下降沿            
        printf("捕獲到的是下降沿n");             
        HAL_Delay(20);    //延時20ms消抖            
        if( HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0)  == GPIO_PIN_RESET) {                
            fall_flag = 1;                
            __HAL_TIM_DISABLE(htim);//關(guān)閉定時器 
            __HAL_TIM_SET_COUNTER(htim,0);//設(shè)置計數(shù)器的值為0               
            TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(htim,TIM_CHANNEL_1);//清除原來的設(shè)置 
            //設(shè)置為上升沿捕獲                
            TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim,TIM_CHANNEL_1, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);                 
            __HAL_TIM_ENABLE(htim); //使能開啟定時器    
         } 
     }else{
            printf("捕獲到的是上升n");                 
            fall_flag = 0; //當(dāng)前捕獲的是上升沿，本次捕獲結(jié)束                 
            //最終的時間=溢出的時間+當(dāng)前計數(shù)器的值+延時時間                 
            cap_value = cap_value + HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1) + 20000 ; 
            
            printf("低電平持續(xù)的時間=%d秒：%d毫秒：%d微秒n",                         
            cap_value/1000000,cap_value%1000000/1000,cap_value%1000);                 
            
            cap_value = 0; __HAL_TIM_DISABLE(htim);//關(guān)閉定時器 
            TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(htim,TIM_CHANNEL_1);//清除原來的設(shè)置 
            
            //設(shè)置為下降沿捕獲                 
            TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim,TIM_CHANNEL_1, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING);                 
            __HAL_TIM_ENABLE(htim); //打開定時器         
            HAL_Delay(20); 
        }
     } 
}

關(guān)鍵功能函數(shù)說明：

STM32定時器輸入捕之PWM呼吸燈實驗

PWM（Pulse Width Modulation）：脈沖寬度調(diào)制.

占空比：就是輸出的PWM中，高電平保持的時間與該PWM的時鐘周期的時間之比 .

輸出一個波形，該波形的脈寬和頻率均可調(diào)節(jié)，把這種波形叫做PWM波。通過調(diào)節(jié)脈寬可以控制電機的速度，燈的亮滅，舵機的角度等多種應(yīng)用，整個波形的平均電壓取決于占空比，占空比越大，平均電壓越高，則電機越快。

PWM應(yīng)用：它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。常見應(yīng)用有：電機控制，DAC輸出等。

輸出比較的基本原理為：在CCR中記錄一個值（一定比ARR中的值?。瑢ｉT用來與ARR（裝載寄存器）中的值進行比較比較的，因此可以這樣設(shè)定，當(dāng)CNT（計數(shù)器中的值，不斷變化的）小于CCR中的值時輸出低電平，當(dāng)CNT的值大于CCR中的值時輸出高電平。不會大于ARR中的值，因為ARR的值是用戶設(shè)定的最大值，超過就會溢出觸發(fā)中斷，CNT變回0重新計數(shù)。因此通過設(shè)置CCR中值的大小就可以調(diào)節(jié)高/低電平的寬度，這就是所謂的PWM波的原理。

PWM輸出模式：

PWM輸出極性：1.高電平有效 2.低電平有效

輸出高電平和輸出低電平都叫做通道有效，至于是哪一種，需要用戶自己去配置他的輸出極性。例如配置PWM輸出極性為低電平有效，且計數(shù)器采用PWM1模式下遞增方式，則計數(shù)器的值小于CCR時，輸出低電平，計數(shù)器的值大于CCR時，輸出高電平。

呼吸燈是由亮逐漸變暗，再由暗逐漸變亮的過程，而不是瞬間亮，瞬間滅。因為電平變化的速度很快，微觀實際上燈就是瞬間亮，瞬間滅，但是人眼無法分辨。宏觀上就是通過平均電壓來表現(xiàn)，在單位時間內(nèi)通過配置多個有規(guī)律變化的占空比的大小就可以實現(xiàn)呼吸燈。

由上述LED燈的電器原理圖可知，PF7管腳的低電平持續(xù)時間越長，燈越亮，也就是占空比越小，燈越亮。本實驗采用采用PWM1模式下遞增方式低電平有效。

步驟：

1.配置時鐘RCC.

2.選擇管腳PF7，配置為TIM11的通道1。

3.配置TIM11硬件。

4.TIM11協(xié)議參數(shù)配置。

//mian.c 


#include "main.h" 
#include "stm32f4xx_hal.h" 
#include "tim.h" 
#include "usart.h" 
#include "gpio.h" 


void SystemClock_Config(void); 


//此函數(shù)用來調(diào)節(jié)TIM11比較寄存器的大小 
void TIM11_Set_Compare(uint32_t compare) { 
    TIM11- >CCR1 = compare; 
} 


int main(void) {    
    int32_t compare = 0;   
    uint8_t dir = 0;//計數(shù)模式標(biāo)志位  

    HAL_Init();  
    SystemClock_Config();  
    MX_GPIO_Init();  
    MX_TIM11_Init();  
    MX_USART1_UART_Init();  
    printf("this is pwm led testn");  

    //啟動PWM定時器  
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim11, TIM_CHANNEL_1);    

    while (1)  {      
        if(!dir){ //向上計數(shù) 
            compare += 10;        
            if(compare >=1000) {            
                compare = 1000-1;            
                dir = 1;
             }      
         }else{ //向下計數(shù)          
             compare -= 10;          
             if(compare<=0) {        
                 compare = 0;                
                 dir = 0;  
             }       
         }    
     TIM11_Set_Compare(compare);//設(shè)置不同CCR值調(diào)節(jié)呼吸燈亮度    
     HAL_Delay(20);    //沒有延時的話現(xiàn)象看不到，必須有一個電平的持續(xù)時間    
     //這20ms內(nèi)亮度不變，但是肉眼不可見    
     //燈緩慢亮緩慢滅  
  } 
}