采用STM32CubeMX和HAL库的定时器应用实例

STM32的通用定时器配置流程

定时器应用的硬件设计

定时器应用的软件设计

1. 通过STM32CubeMX新建工程通过STM32CubeMX新建工程的步骤如下：

2. 通过Keil MDK实现工程通过Keil MDK实现工程的步骤如下：

STM32的通用定时器配置流程

通用定时器具有多种功能，但其原理大致相同，但其流程有所区别，以使用中断方式为例，主要包括三部分，即NVIC设置、TIM中断配置、定时器中断服务程序。对每个步骤通过库函数的实现方式描述。首先要提到是，定时器相关的库函数主要中在HAL库文件stm32f1xx_hal_tim.h 和stm32f1xx_hal_tim.c文件中。定时器配置步骤如下：

（1）TIM3时钟使能。 HAL中定时器使能是通过宏定义标识符实现对相关寄存器操作的，方法如下：

__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE(); //使能TIM3时钟

（2）初始化定时器参数,设置自动重装值，分频系数，计数方式等。在HAL库中，定时器的初始化参数是通过定时器初始化函数HAL_TIM_Base_Init 实现的： HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Init(TIM_HandleTypeDef *htim); 该函数只有一个入口参数，就是TIM_HandleTypeDef类型结构体指针。

（3）使能定时器更新中断，使能定时器。 HAL库中，使能定时器更新中断和使能定时器两个操作可以在函数HAL_TIM_Base_Start_IT()中一次完成的，该函数声明如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim); 该函数非常好理解，只有一个入口参数。调用该定时器之后，会首先调用__HAL_TIM_ENABLE_IT宏定义使能更新中断，然后调用宏定义__HAL_TIM_ENABLE 使能相应的定时器。

这里分别列出单独使能/关闭定时器中断和使能/关闭定时器方法：

__HAL_TIM_ENABLE_IT(htim, TIM_IT_UPDATE);//使能句柄指定的定时器更新中断 __HAL_TIM_DISABLE_IT (htim, TIM_IT_UPDATE);//关闭句柄指定的定时器更新中断 _HAL_TIM_ENABLE(htim);//使能句柄 htim 指定的定时器

__HAL_TIM_DISABLE(htim);//关闭句柄 htim 指定的定时器

（4）TIM3 中断优先级设置。在定时器中断使能之后，因为要产生中断，必不可少的要设置 NVIC 相关寄存器，设置中断优先级。之前多次讲解到中断优先级的设置，这里就不重复讲解。和串口等其他外设一样，HAL 库为定时器初始化定义了回调函数 HAL_TIM_Base_MspInit。一般情况下，与MCU有关的时钟使能，以及中断优先级配置都会放在该回调函数内部。函数声明如下： void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim); 对于回调函数，这里不做过多讲解，只需要重写这个函数即可。

（5）编写中断服务函数。在最后，还是要编写定时器中断服务函数，通过该函数处理定时器产生的相关中断。通常情况下，在中断产生后，通过状态寄存器的值判断此次产生的中断属于什么类型。然后执行相关的操作，这里使用的是更新（溢出）中断，所以在状态寄存器SR的最低位。在处理完中断之后应该向TIM3_SR的最低位写 0，清除该中断标志。

定时器应用的硬件设计

本实例利用基本定时器TIM6/7定时1s，1s时间到LED翻转一次。基本定时器是单片机内部的资源，没有外部IO，不需要接外部电路，只需要一个LED灯即可。

定时器应用的软件设计

在HAL库函数头文件stm32f1xx_hal_tim.h中对定时器外设建立了四个初始化结构体，基本定时器只用到其中一个即TIM_TimeBaseInitTypeDef，其实现如下：

typedef struct {
uint32_t Prescaler; // 预分频器
uint32_t CounterMode; // 计数模式
uint32_t Period; // 定时器周期
uint32_t ClockDivision; // 时钟分频
uint32_t RepetitionCounter; // 重复计算器
uint32_t AutoReloadPreload; // 自动预装载
} TIM_TimeBaseInitTypeDef;

这些结构体成员说明如下，其中括号内的文字是对应参数在STM32 HAL库中定义的宏：

（1）Prescaler：定时器预分频器设置，时钟源经该预分频器才是定时器时钟，它设定TIMx_PSC寄存器的值。可设置范围为0至65535，实现1至65536分频。

（2）CounterMode：定时器计数方式，可设置为向上计数、向下计数以及中心对齐模式。基本定时器只能是向上计数，即TIMx_CNT只能从0开始递增，并且无须初始化。

（3）Period：定时器周期，实际就是设定自动重载寄存器的值，在事件生成时更新到影子寄存器。可设置范围为0至65535。

（4）ClockDivision：时钟分频，设置定时器时钟CK_INT频率与数字滤波器采样时钟频率分频比，基本定时器没有此功能，不用设置。

（5）RepetitionCounter：重复计数器，属于高级控制寄存器专用寄存器位，利用它可以非常容易控制输出PWM的个数。这里不用设置。

（6）AutoReloadPreload：计数器在计满一个周期之后会自动重新计数，也就是默认会连续运行。连续运行过程中如果修改了Period，那么根据当前状态的不同有可能发生超出预料的过程。如果使能了AutoReloadPreload，那么对Period的修改将会在完成当前计数周期后才更新。这里不用设置。

下面讲述如何通过STM32CubeMX新建工程、如何通过Keil MDK实现工程。

1. 通过STM32CubeMX新建工程通过STM32CubeMX新建工程的步骤如下：

（1）新建文件夹 Demo目录下新建文件夹TIMER，这是保存本章新建工程的文件夹。

（2）新建STM32CubeMX工程在STM32CubeMX开发环境中新建工程。

（3）选择MCU或开发板 Commercial Part Number和MCUs/MPUs List选择STM32F103ZET6，选择Start Project启动工程。

（4）保存STM32Cube MX工程使用STM32CubeMX菜单File→Save Project，保存工程。

（5）生成报告使用STM32CubeMX菜单File→Generate Report生成当前工程的报告文件。

（6）配置MCU时钟树 STM32CubeMX Pinout & Configuration子页面下，选择System Core→RCC，High Speed Clock（HSE）根据开发板实际情况，选择Crystal/Ceramic Resonator（晶体/陶瓷晶振）。 STM32CubeMX切换到Clock Configuration子页面下，根据开发板外设情况配置总线时钟。此处配置PLL Source Mux为HSE，PLLMul为9倍频72MHz，System Clock Mux为PLLCLK，APB1 Prescaler为X2，其余默认设置即可。

（7）配置MCU外设根据LED电路，整理出MCU连接的GPIO引脚的输入/输出配置

再根据表进行GPIO引脚配置，具体步骤如下。 STM32CubeMX Pinout & Configuration子页面下选择System Core→GPIO，对使用的GPIO口进行设置。LED输出端口LED1_RED（PB5）

STM32CubeMX Pinout & Configuration子页面下选择Timers→TIM6，对TIM6进行设置。Mode选择Activated，定时器预分频系数71，时钟频率为1MHz；BASIC_TIMx_PERIOD为1000，定时器计数周期为1ms

切换到STM32CubeMX Pinout & Configuration子页面下选择System Core→NVIC，修改Priority Group为2 bits for pre-emption priority（2位抢占优先级），Enabled栏勾选TIM3 global interrupt，修改Preemption Priority（抢占优先级）为0，Sub Priority（子优先级）为3

Code Generation页面Select for init sequence ordering栏勾选TIM6 global interrupt

（8）配置工程 STM32CubeMX Project Manager子页面Project栏下Toolchain/IDE选择MDK-Arm，Min Version选择V5，可生成Keil MDK工程；选择STM32CubeIDE，可生成STM32CubeIDE工程。

（9）生成C代码工程 STM32CubeMX主页面，单击GENERATE CODE按钮生成C代码工程。

2. 通过Keil MDK实现工程通过Keil MDK实现工程的步骤如下：

（1）打开工程打开TIMER\MDK-Arm文件夹下的工程文件。

（2）编译STM32CubeMX自动生成的MDK工程在MDK开发环境中通过菜单Project→Rebuild all target files或工具栏 Rebuild按钮编译工程。

（3）STM32CubeMX自动生成的MDK工程 main.c文件中函数main()依次调用了HAL_Init()函数用于复位所有外设，初始化Flash接口和Systick定时器。SystemClock_Config()函数用于配置各种时钟信号频率。MX_GPIO_Init()函数初始化GPIO引脚。文件gpio.c包含了函数MX_GPIO_Init()的实现代码，如下。

void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  /* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(LED1_RED_GPIO_Port, LED1_RED_Pin, GPIO_PIN_SET);
  /*Configure GPIO pin : PtPin */
  GPIO_InitStruct.Pin = LED1_RED_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(LED1_RED_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
}

main()函数外设初始化函数MX_TIM6_Init()，它是TIM6的初始化函数。MX_TIM6_Init()是在文件time.c中定义的函数，它的代码里调用了函数HAL_TIM_Base_Init()实现STM32CubeMX配置的定时器设置。MX_TIM6_Init()实现的代码如下。

void MX_TIM6_Init(void)
{
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
  htim6.Instance = TIM6;
  htim6.Init.Prescaler = 71;
  htim6.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim6.Init.Period = 1000;
 htim6.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim6) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim6, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}
函数MX_NVIC_Init()实现中断的初始化，代码如下
static void MX_NVIC_Init(void)
{
  /* TIM6_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(TIM6_IRQn, 0, 3);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM6_IRQn);
}

（4）新建用户文件在TIMER\Core\Src下新建bsp_led.c，在TIMER\Core\Inc下新建bsp_led.h。将bsp_led.c添加到工程Application/User/Core文件夹下。

（5）编写用户代码 bsp_led.h和bsp_led.c文件实现LED操作的宏定义和LED初始化。 timer.c文件MX_TIM6_Init()函数使能TIM6和更新中断。 /* USER CODE BEGIN TIM6_Init 2 */ HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6); /* USER CODE END TIM6_Init 2 */ timer.c文件添加中断回调函数HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()，对计数器time加1。

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim==(&htim6))
		time++;     
}
main.c文件添加对用户自定义头文件的引用。
/* Private includes ---------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "bsp_led.h"
/* USER CODE END Includes */
main.c文件添加计数器time的定义。
/* USER CODE BEGIN PV */
volatile uint32_t time = 0; // ms 计时变量 
/* USER CODE END PV */
main.c文件添加对LED1的取反操作
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
		if ( time == 1000 ) /* 1000 * 1 ms = 1s 时间到 */
    {
      time = 0;
		/* LED1 取反 */      
		LED1_TOGGLE; 
    } 
 /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

（6）重新编译工程重新编译添加代码后的工程。

（7）配置工程仿真与下载项在MDK开发环境中通过菜单Project→Options for Target或工具栏配置工程。

打开Debug选项卡，选择使用的仿真下载器ST-Link Debugger。Flash Download下勾选Reset and Run选项。单击确定。

（8）下载工程连接好仿真下载器，开发板上电。在MDK开发环境中通过菜单Flash→Download或工具栏下载工程。工程下载完成后，可以看到LED1以1s的频率闪烁一次