[STM32 - 野火] - - - 固件库学习笔记 - - -十二.基本定时器

一、定时器简介

STM32 中的定时器（TIM，Timer）是其最重要的外设之一，广泛用于时间管理、事件计数和控制等应用。

1.1 基本功能

  • 定时功能：TIM定时器可以对输入的时钟进行计数，并在计数值达到设定值时触发中断或执行其他操作。通过配置预分频器和自动重载寄存器，可以实现精确的定时功能。

  • PWM输出：定时器可以生成精确的PWM信号，广泛应用于电机控制、LED调光、音频信号处理等领域。PWM信号的频率和占空比可以通过调整定时器的自动重载寄存器（ARR）和捕获/比较寄存器（CCRx）的值来设定。

  • 输入捕获：输入捕获功能用于测量外部信号的频率和占空比。定时器可以捕获外部信号的上升沿或下降沿，并记录此时定时器的计数值。

  • 输出比较：当定时器的计数值与预设的比较值相等时，可以触发输出引脚的状态改变，用于生成精确的时间控制信号。

  • 死区时间控制：高级定时器（如TIM1和TIM8）支持死区时间控制，适用于电机驱动等需要精确控制开关信号的应用。

1.2 定时器分类

STM32F1系列（除了互联型的产品）共有 8 个定时器，分为基本定时器，通用定时器和高级定时器。

  • 基本定时器（Basic Timer）：STM32的TIM6和TIM7属于基本定时器。

    • 特点：是一个 16 位的只能向上计数的定时器，只能定时，没有外部IO。

    • 应用：简单的时间基准（如系统节拍时钟）、作为触发其他外设的定时源。

  • 通用定时器（General-purpose Timer）：STM32的TIM2、TIM3、TIM4和TIM5属于通用定时器。

    • 特点：是一个 16 位的可以向上/下计数的定时器，可以定时，可以输出比较，可以输入捕捉，每个定时器有四个外部 IO。

    • 应用：时间间隔测量、PWM 信号输出（如电机控制）、输入信号捕获（如脉冲计数）。

  • 高级定时器（Advanced-control Timer）：STM32的TIM1和TIM8属于高级定时器。

    • 特点：是一个 16 位的可以向上/下计数的定时器，可以定时，可以输出比较，可以输入捕捉，还可以有三相电机互补输出信号，每个定时器有 8 个外部 IO。

    • 应用：电机控制、高精度 PWM 信号生成。

在这里插入图片描述

基本定时器：定时。

通用定时器：定时、输出比较、输入捕获。

高级定时器：定时、输出比较、输入捕获、互补输出。

二、基本定时器功能框图讲解

在这里插入图片描述

2.1 时钟源

基本定时器的时钟来自PCLK1，为72M，可实现65535分频。

在这里插入图片描述

PCLK1为36M，为什么基本定时器的时钟为72M？

  • APB1时钟为AHB时钟（72M）分频所得，当APB1时钟为36M时，预分频系数为2，此时定时器2~7的时钟频率为APB1时钟频率×2 = 72M。

当APB1时钟设置为18M时，定时器2~7的时钟频率为36M。

2.2 控制器

控制器用于控制定时器的复位、使能、计数、出发DAC等功能。

2.3 时基单元

时基单元是定时器最重要的部分，包括：预分频器寄存器、计数器寄存器、自动重装载寄存器。

2.3.1 预分频器（TIMx_PSC）

预分频可以以系数介于1至65536之间的任意数值对计数器时钟分频。它是通过一个16位寄存器(TIMx_PSC)的计数实现分频。

因为TIMx_PSC控制寄存器具有缓冲，可以在运行过程中改变它的数值，新的预分频数值将在下一个更新事件时起作用。

2.3.2 计数器（TIMx_CNT）

  • 计数器 CNT ：是一个 16 位的计数器，只能往上计数，最大计数值为 65535。当计数达到自动重装载寄存器的时候产生更新事件，并清零从头开始计数。

  • 计数周期：（1/CK_CNT）*（ARR+1）

CK_CNT，为定时器时钟经过PSC预分频之后的时钟，用来驱动计数器计数。
计算公式：CK_CNT = TIMxCLK/(PSC+1)。

2.3.3 自动重装载寄存器（TIMx_ARR）

  • 自动重装载寄存器 ARR 是一个 16 位的寄存器，这里面装着计数器能计数的最大数值。当计数到这个值的时候，如果使能了中断的话，定时器就产生溢出中断。

影子寄存器：

  • 开启了影子寄存器，写入ARR的值不会立即起作用，计数器在这个计数周期计数完毕后（产生了一个更新中断后），在下一个周期开始的时候ARR的值才起作用。

  • 没有开启影子寄存器：写入ARR的值会立即起作用。

定时时间的计算：

  • 修改PSC与ARR的值可以产生不同的中断周期。

例如：

1、将PSC的值设置为72-1；

2、将ARR的值设置为1000-1，从0计数到999，一个计数周期计数1000次；

3、中断周期： T = (ARR+1)/Fclock = (ARR+1)×(PSC+1)/Fclock = 1ms；

三、实验设计

利用基本定时器 TIM6/7 定时 1s， 1s 时间到 LED 翻转一次。

// BasicTimer.c文件
#include "BasicTimer.h"

// 中断优先级配置
static void BASIC_TIM_NVIC_Config(void)
{
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; 
    // 设置中断组为0
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);		
		// 设置中断来源
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = BASIC_TIM_IRQ ;	
		// 设置主优先级为 0
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;	 
	  // 设置抢占优先级为3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;	
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}


void BASIC_TIMER_Config()
{
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
		
		// 开启定时器时钟,即内部时钟CK_INT=72M
    BASIC_TIM_APBxClock_FUN(BASIC_TIM_CLK, ENABLE);
	
		// 自动重装载寄存器的值，累计TIM_Period+1个频率后产生一个更新或者中断
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = BASIC_TIM_Period;	

	  // 时钟预分频数为
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= BASIC_TIM_Prescaler;
	
		// 时钟分频因子 ，基本定时器没有，不用管
    //TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
		
		// 计数器计数模式，基本定时器只能向上计数，没有计数模式的设置
    //TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; 
		
		// 重复计数器的值，基本定时器没有，不用管
		//TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
	
	  // 初始化定时器
    TIM_TimeBaseInit(BASIC_TIM, &TIM_TimeBaseStructure);
		
		// 清除计数器中断标志位
    TIM_ClearFlag(BASIC_TIM, TIM_FLAG_Update);
	  
		// 开启计数器中断
    TIM_ITConfig(BASIC_TIM,TIM_IT_Update,ENABLE);
		
		// 使能计数器
    TIM_Cmd(BASIC_TIM, ENABLE);	
}

void BASIC_TIMER_Init(void)
{
	BASIC_TIMER_Config();
	BASIC_TIM_NVIC_Config();
}

  • TIM_Period：设置ARR的值；

  • TIM_Prescaler：设置预分频系数

  • TIM_FLAG_Updata：定时器计数记到ARR的值产生的中断

// BasicTimer.h文件
#ifndef __BASICTIMER_H
#define __BASICTIMER_H

#include "stm32f10x.h"

/********************基本定时器TIM参数定义，只限TIM6、7************/
#define BASIC_TIM6 // 如果使用TIM7，注释掉这个宏即可

#ifdef  BASIC_TIM6 // 使用基本定时器TIM6
#define            BASIC_TIM                   TIM6
#define            BASIC_TIM_APBxClock_FUN     RCC_APB1PeriphClockCmd
#define            BASIC_TIM_CLK               RCC_APB1Periph_TIM6
#define            BASIC_TIM_Period            1000-1
#define            BASIC_TIM_Prescaler         71
#define            BASIC_TIM_IRQ               TIM6_IRQn
#define            BASIC_TIM_IRQHandler        TIM6_IRQHandler

#else  // 使用基本定时器TIM7
#define            BASIC_TIM                   TIM7
#define            BASIC_TIM_APBxClock_FUN     RCC_APB1PeriphClockCmd
#define            BASIC_TIM_CLK               RCC_APB1Periph_TIM7
#define            BASIC_TIM_Period            1000-1
#define            BASIC_TIM_Prescaler         71
#define            BASIC_TIM_IRQ               TIM7_IRQn
#define            BASIC_TIM_IRQHandler        TIM7_IRQHandler

#endif

void BASIC_TIMER_Init(void);

#endif /* __BASICTIMER_H */

// stm32f10x_it.c文件
#include "BasicTimer.h"

extern uint16_t time;
void  BASIC_TIM_IRQHandler (void)
{
	if ( TIM_GetITStatus( BASIC_TIM, TIM_IT_Update) != RESET ) 
	{	
		time++;
		TIM_ClearITPendingBit(BASIC_TIM , TIM_FLAG_Update);  		 
	}		 	
}

// main.c文件
#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_rccclkconfig.h"
#include "bsp_systick.h"
#include "usart.h"
#include "BasicTimer.h"

uint16_t time = 0;

int main(void)
{
	
	LED_G_GPIO_Config();
	
	BASIC_TIMER_Init();
	
	GPIO_SetBits(LED_PROT, GPIO_Pin_All);
	
	while(1)
	{
		if(time == 1000)
		{
			LED_G_TOGGLE();
			time = 0;
		}
	}
	
}

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