STM32定時(shí)器溢出的工作原理是什么？

從來(lái)沒(méi)有一個(gè)外設(shè)能夠這么騷~那說(shuō)的就是定時(shí)器了，或者說(shuō)沒(méi)有了定時(shí)器的MCU就不完整。

只能說(shuō)沒(méi)有定時(shí)器的單片機(jī)不值得被愛(ài)

OKOK，不騷了，這篇文章就是回答幾個(gè)在我研究過(guò)程中比較疑惑的問(wèn)題。

所以是可以確定一點(diǎn)的就是，如果你想讓你的定時(shí)器非常精確，那你一定要有一個(gè)很穩(wěn)的時(shí)基，這里就是時(shí)鐘樹(shù)。

痛苦的回憶來(lái)了，具體要查你的定時(shí)器在哪里掛著

還想罵的一點(diǎn)是，不知道為什么定時(shí)器還排起了輩分按說(shuō)是從簡(jiǎn)單到難，但是ARM構(gòu)架似乎是一把梭哈。

事實(shí)上大多數(shù)文章都是拿這個(gè)圖說(shuō)事情的，我也不能免俗

這個(gè)可編程定時(shí)器的主要部分是一個(gè)帶有自動(dòng)重裝載的16位累加計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘通過(guò)一個(gè)預(yù)分頻器得到。

軟件可以讀寫(xiě)計(jì)數(shù)器、自動(dòng)重裝載寄存器和預(yù)分頻寄存器，即使計(jì)數(shù)器運(yùn)行時(shí)也可以操作。這個(gè)的優(yōu)點(diǎn)就是可以在運(yùn)行時(shí)改變定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能。

時(shí)基單元包含：

這三個(gè)寄存器之間的關(guān)系正是本文要說(shuō)明的

寫(xiě)32的對(duì)這個(gè)不陌生吧？

那你一定知道，這個(gè)就叫定時(shí)器的溢出時(shí)間

定時(shí)器溢出是指定時(shí)器在計(jì)數(shù)過(guò)程中由于計(jì)數(shù)器位數(shù)有限,導(dǎo)致計(jì)數(shù)值從最大值溢出到0的情況。這一般會(huì)觸發(fā)定時(shí)器溢出中斷,用于周期性任務(wù)調(diào)度。

定時(shí)器溢出的工作原理是:

定時(shí)器包含一個(gè)計(jì)數(shù)器寄存器,例如16位,則可以計(jì)數(shù)0-65535。

定時(shí)器以某個(gè)時(shí)鐘頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)累加。

當(dāng)計(jì)數(shù)值增大到計(jì)數(shù)器的最大值65535時(shí),在下一個(gè)時(shí)鐘沿到來(lái)時(shí),計(jì)數(shù)器會(huì)重新循環(huán)回0。

這就是溢出情況,在硬件上會(huì)觸發(fā)溢出標(biāo)志位。

如果溢出中斷被使能,則會(huì)觸發(fā)中斷服務(wù)程序。

這樣每當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)一次0-65535的周期,就會(huì)觸發(fā)一次溢出中斷。

通過(guò)設(shè)置定時(shí)器的預(yù)分頻和定時(shí)周期,可以確定溢出中斷的周期。

在中斷服務(wù)程序中可以進(jìn)行需要周期執(zhí)行的任務(wù),例如定時(shí)發(fā)送、系統(tǒng)節(jié)拍等。

OK，溢出時(shí)間就是一個(gè)計(jì)數(shù)值（其實(shí)是一種標(biāo)志），和你的手表上面的秒針一樣。假如你還是看不懂，那你看我以前寫(xiě)的文章吧。

關(guān)于單片機(jī)定時(shí)器的個(gè)人看法

51單片機(jī)定時(shí)器詳細(xì)全解.上

51單片機(jī)定時(shí)器詳細(xì)全解.下

ESP8266定時(shí)器.上

51單片計(jì)4種定時(shí)器應(yīng)用場(chǎng)景詳解

現(xiàn)在繼續(xù)說(shuō)，上面的Tout是兩個(gè)寄存器的值控制的，直觀的來(lái)說(shuō)，我們就關(guān)心比值而已，但是具體他們兩個(gè)怎么給，是沒(méi)有文章給的，那鄙人就斗膽給出看法。

STM32定時(shí)器中的ARR和PSC寄存器分別用于設(shè)置定時(shí)器的自動(dòng)重裝載值和預(yù)分頻系數(shù),它們共同決定了定時(shí)器的溢出時(shí)間。

ARR寄存器:自動(dòng)重裝載寄存器,包含一個(gè)32位的值,用于設(shè)置定時(shí)器從0開(kāi)始計(jì)數(shù)到ARR值后再清零的循環(huán)周期。這個(gè)周期時(shí)間就是定時(shí)器的溢出時(shí)間。

PSC寄存器:預(yù)分頻寄存器,包含一個(gè)16位的值,可以對(duì)定時(shí)器的時(shí)鐘進(jìn)行預(yù)分頻,即將外部時(shí)鐘頻率分頻后用于定時(shí)器計(jì)數(shù)。

溢出時(shí)間計(jì)算:

周期時(shí)間 = (PSC+1) * (ARR+1) / 時(shí)鐘頻率

舉例: 時(shí)鐘頻率=1MHz

如果PSC=9,ARR=999

則周期時(shí)間 = (10*1000)/1MHz = 10ms

通過(guò)調(diào)整PSC和ARR的值,可以獲得需要的溢出周期時(shí)間。

所以簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),PSC控制分頻比例,ARR控制計(jì)數(shù)最大值,兩者結(jié)合產(chǎn)生定時(shí)器的溢出周期及中斷間隔時(shí)間。

好像也和其它的文章沒(méi)有不一樣，那假如這樣呢？

對(duì)于STM32定時(shí)器的ARR和PSC寄存器在設(shè)置定時(shí)周期時(shí)間時(shí),通常的考慮是: 優(yōu)先設(shè)置PSC進(jìn)行分頻,將時(shí)鐘頻率降低到某個(gè)合適的范圍。 然后設(shè)置ARR的值來(lái)獲得想要的定時(shí)周期。 這樣的主要考慮有: PSC決定了計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的速度,ARR則決定了計(jì)數(shù)的最大值。

在主鏈路上面

如果不設(shè)置PSC,在高頻時(shí)鐘下ARR的計(jì)數(shù)速度會(huì)非?？?難以達(dá)到較長(zhǎng)定時(shí)周期。 分頻比PSC設(shè)置合理,可以讓計(jì)數(shù)速度在一個(gè)易控制的范圍內(nèi)。 一般將PSC設(shè)置為能讓計(jì)數(shù)周期在1ms到幾十ms的范圍內(nèi)。 而后通過(guò)ARR的值剛好可以讓計(jì)數(shù)剛好溢出,得到想要的定時(shí)。 所以通常情況下,會(huì)首先考慮PSC的分頻比,然后再設(shè)置ARR計(jì)數(shù)周期的值,PSC對(duì)定時(shí)周期影響較大。 如果時(shí)鐘源較低頻,可直接設(shè)置較大的ARR值,不必過(guò)多分頻。 那簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)一個(gè)東西先，

對(duì)于使用STM32定時(shí)器進(jìn)行精確計(jì)時(shí)和定時(shí)操作,一個(gè)通用的設(shè)計(jì)思路是:

選擇一個(gè)定時(shí)器,例如TIM2。

配置定時(shí)器的時(shí)鐘源,預(yù)分頻值PSC和自動(dòng)重裝載ARR,以生成想要的定時(shí)周期,例如設(shè)置為1ms。

配置定時(shí)器工作在計(jì)數(shù)模式,從0開(kāi)始向上計(jì)數(shù),到ARR值產(chǎn)生更新中斷或溢出中斷。

在中斷服務(wù)函數(shù)中,檢查當(dāng)前的計(jì)數(shù)值,根據(jù)所設(shè)定的定時(shí)需求執(zhí)行操作:

通過(guò)不斷比較當(dāng)前計(jì)數(shù)值,當(dāng)計(jì)數(shù)到設(shè)定定時(shí)周期時(shí),執(zhí)行所需的處理操作。

定時(shí)精度取決于定時(shí)器時(shí)鐘源頻率,可以通過(guò)配置更高頻率時(shí)鐘來(lái)獲得更高精度。

再給出寄存器的一些干預(yù)場(chǎng)景

生成定時(shí)中斷

ARR設(shè)置中斷周期,例如設(shè)置為1000,則每1000計(jì)數(shù)周期會(huì)觸發(fā)一次更新中斷。

PSC設(shè)置時(shí)鐘分頻系數(shù),例如分頻比為7200,時(shí)鐘頻率72MHz。則中斷周期為1000 * 7200 / 72000000 = 0.1s。

輸入捕獲

當(dāng)外部信號(hào)被捕獲時(shí),會(huì)寫(xiě)入定時(shí)器的捕獲寄存器中。

可以設(shè)置兩個(gè)通道捕獲,通過(guò)讀取兩個(gè)寄存器的值計(jì)算出信號(hào)的周期、頻率、占空比等。

輸出比較輸出PWM

ARR設(shè)置PWM的周期,PSC設(shè)置分頻系數(shù)。

通過(guò)輸出比較寄存器可改變PWM的占空比。

編碼器模式

使用兩個(gè)定時(shí)器設(shè)置為編碼器模式,可讀取編碼器的計(jì)數(shù)值。

其中PSC可設(shè)置編碼計(jì)數(shù)的分頻系數(shù)。

設(shè)定軟件定時(shí)器

在中斷或程序中,每次讀取定時(shí)器計(jì)數(shù)值,與上次值作差計(jì)算時(shí)間差。

PSC和ARR設(shè)定計(jì)數(shù)范圍。

讓我來(lái)一個(gè)漂亮的收尾，ARR和PSC這兩個(gè)寄存器主要影響定時(shí)器的以下兩個(gè)方面:

影響定時(shí)器的計(jì)數(shù)范圍

ARR determines定時(shí)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的最大值。ARR為16位,則計(jì)數(shù)范圍為0-65535。

PSC為定時(shí)器輸入時(shí)鐘設(shè)置預(yù)分頻系數(shù),將輸入時(shí)鐘分頻后作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘。

PSC越大,實(shí)際計(jì)數(shù)速度越慢,計(jì)數(shù)范圍相應(yīng)變大。

影響定時(shí)器的溢出周期

定時(shí)器以分頻后的時(shí)鐘計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)值增大到ARR的值時(shí),會(huì)觸發(fā)溢出。

溢出周期= (PSC+1) * (ARR+1) / 時(shí)鐘頻率

所以改變PSC和ARR可以改變溢出周期,從而改變中斷周期。

總結(jié)一下:

ARR直接決定計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍

PSC決定計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的速度

兩者一同決定定時(shí)器的溢出周期時(shí)間

審核編輯：劉清