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定时器TIMx介绍

定时器是一个设备，要区别于时钟的概念，时钟是用来配置产生一定频率的电平信号，用于驱动像定时器、ADC等外设工作。TIMx中的 x 即具体的哪一个定时器

分类

  • 基本定时器（TIM6、TIM7）
  • 通用定时器（TIM2—TIM5）
  • 高级控制定时器（TIM1、TIM8）

内部构成模块

自动重装载寄存器：TIMx_ARR

预分频器：TIMx_PSC

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这是TIM6、TIM7的主要内部构成（TIM2~5多了一个捕获/比较寄存器TIMx_CCR）

核心部分由自动重装载寄存器TIMx_ARR和CNT计数器构成

来自RCC的时钟信号TIMxCLK（通常是72MHZ）经过预分频器分频后，计数器开始计数（TIM6、TIM7只能从0开始向上计数），直到计数值达到TIMx_ARR中存放的值后，重新回到0，继续重复这一过程。

由此得出3个配置步骤：

  1. 选择时钟源 TIMxCLK 频率
  2. 预分频系数（注意要-1，比如要选择分频系数为72，那么放入的值应该是71）
  3. 确定需要延时多长时间，进而确定自动重装载的值 TIMx_ARR（注意也要-1）

延时时间 = (TIMx_ARR+1) * (TIMx_PSC+1) / TIMxCLK

计数模式

  • 向上计数（基本定时器TIM6/TIM7只有这种模式）
  • 向下计数
  • 双向计数

三种定时器

大家都具有的功能或特点

  • 内部预分频器位数：16
  • 内部计数器位数：16
  • 可以更新中断和DMA

基本定时器

基本定时器包括TIM6、TIM7，只具备基本的定时功能，即累计时钟脉冲数超过装载值后，产生溢出；如果使能了中断或者DMA事件，则使能中断或者DMA操作；

另外，基本定时器可以作为通用定时器的时基，可以为数模转换器DAC提供时钟（事实上，TIM6、TIM7被直接连接到DAC并通过触发直接驱动DAC）；

其它特性：

  • 时钟源：APB1输出

  • 计数模式：向上计数

通用定时器

通用定时器包括TIM2~TIM5共四个

特性：

  • 相比基本定时器添加了 捕获/比较寄存器：TIMx_CCRx (注意每个通用定时器都有4个捕获比较寄存器，因为有4个输出口OCx)
  • 时钟源：APB1（通常提供72MHz）、ITRx、TIx（外部时钟模式1）、ETR（外部时钟模式2）；[初学只需要掌握第一种即可]
  • 计数模式：向上、向下、双向均可

PWM输出模式

PWM即脉冲宽度调制（废话就不多说，不懂的可以去百度等查找相关介绍），通用定时器因为拥有捕获/比较寄存器，所以可以配置PWM输出模式

通用定时器如何配置PWM输出模式？

  1. 配置计数模式（此处设置为向上计数）
  2. 配置TIMx_ARR预设值为N（记得要-1），配置捕获/比较寄存器预设值A
  3. 配置输出方式：假设配置为当计数值X<A时, 输出高电平；当X>=A时，输出低电平。这样输出波形占空比为A/(N+1)
PWM输出模式
  1. 模式1 TIM_OCMode_PWM1:
    • 向上计数时，当计数值<CCR存放的值时，输出有效电平，否则为无效电平（之后可以设置低电平有效还是高电平有效）
    • 向下计数时，与向上计数一样
  2. 模式2 TIM_OCMode_PWM2:
    • 向上计数时，当计数值<CCR存放的值时，输出无效电平，否则为有效电平（之后可以设置低电平有效还是高电平有效）
    • 向下计数时，与向上计数一样

这是配置PWM输出的主要步骤，如图：

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配置PWM输出详细步骤：

例如配置TIM3的CH2通道为PWM输出，输出重映射到PB5端口

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void TIM3_CH2_PWM_Init(u16 per,u16 psc){
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	/* 开启时钟 */
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
	
	/*  配置GPIO的模式和IO口 */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE);//改变指定管脚的映射，这里使用部分重映射，即通过PB5输出	
	
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=  per;   //自动装载值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc; //分频系数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //设置向上计数模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);	
	
    //从这里开始是输出PWM配置
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;    //PWM输出模式为PWM1
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;  //有效电平设置为低电平
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure); //输出比较通道2初始化
	
    
	TIM_OC2PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable); //使能TIMx在 CCR2 上的预装载寄存器
	TIM_ARRPreloadConfig(TIM3,ENABLE);//使能预装载寄存器
	
	TIM_Cmd(TIM3,ENABLE); //使能定时器
		
}

PWM输入模式

PWM输入模式用于测量外部输入信号的脉宽，流程是：

  1. 从外部输入一个（方波）信号TI，当从输入端第一次捕获到TI的上升沿时，计数器TIMx_CNT复位为0，然后开始不断向上计数(TIMx_ARR足够大)；
  2. 当捕获到下降沿时，TIMx_CRR2寄存器记录下当前计数器的计数值；（得出：高电平期间计数次数=CRR2+1，加1是因为计数是从0开始的）
  3. 当再次捕获到上升沿时，TIMx_CRR1寄存器记录当前计数器的计数值。（得出：一个周期内计数器计数次数=CRR1+1）
  4. 计算得出：占空比=(CRR2+1)/(CRR1+1)

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高级定时器

高级定时器包括TIM1、TIM8

功能特性：

  • 时钟源：APB2（72MHz）
  • 计数模式：向上、向下、双向
  • 具备通用定时器所有功能
  • 是6个通道的三相PWM发生器
  • 整体结构和基本、通用定时器相同（多出BPK、DTG两个结构），配置方法差不多
  • 死区时间控制（源于BPK、DTG的结构）

定时器相关库函数

定时器库函数存放在标准外设库的 stm32f10x_tim.h 和 stm32f10x_tim.c 文件中，使用时要在用户程序中导入（#include stm32f10x_tim.h，或者在 stm32f10x_conf.h中去除掉相关注释）；

常用库函数：

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TIM_DeInit();
TIM_TimeBaseInit();  //根据指定结构体初始化TIMx
TIM_OCxInit();  //初始化外设TIM的通道x
TIM_Cmd();  // 使能或禁止定时器
TIM_GetFlagStatus();  //检测指定TIMx的定时器标志位
TIM_ClearFlag();
TIM_ITConfig();       //使能或禁止指定TIMx的中断
TIM_GetITStatus();    //检测中断标志位状态，判断中断是否发生，中断标志位要软件清零
TIM_ClearITPendingBit();  //清除TIMx中断挂起位
TIM_CtrlPWMOutputs();
TIM_ARRPreloadConfig();  //使能或禁止TIMx在ARR上的预装载寄存器
TIM_OCxPreloadConfig();  //使能或禁止TIMx在CCRx上的预装载寄存器

定时器中断

当定时器计数值溢出时，可以让其产生中断信号，然后配置中断服务函数（即产生中断后该做些什么，通常是PPP_IRQHandler()形式的函数）

以定时器TIM2为例，如何初始化让其产生中断

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void TIM2_init(u16 arr, u16 psc){
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_Structure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_Structure;
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

	//延时时间（单位:s）：arr/(72000000/psc)
	TIM_Structure.TIM_Period = arr - 1;  //装载值
	TIM_Structure.TIM_Prescaler = psc-1;  //分频系数
	TIM_Structure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_Structure);

	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE); //开启定时器TIM2中断
	TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update); //清除TIMx中断挂起位
	NVIC_Structure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;  //指明中断服务函数通道
	NVIC_Structure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //抢占优先级
	NVIC_Structure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;  //子优先级
	NVIC_Structure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  //中断使能配置
	NVIC_Init(&NVIC_Structure);

	TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

//中断服务函数
void TIM2_IRQHandler(void){
	
	if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET){
		LED_Flag = !LED_Flag;
		if(LED_Flag) {
			SetLED_On(LEDE);
			SetLED_Off(LEDB);
		}
		else {
			SetLED_Off(LEDE);
			SetLED_On(LEDB);
		}
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);  //软件清除中断挂起位
	}
}
color:blue 中断相关知识

优先级：数字越小优先级越高

抢占优先级：优先级越高（数字越小）越先被执行，优先级高的可以打断优先级低的，优先级相同时看子优先级

子优先级（也叫响应优先级）：

  1. 两个中断同时到达，抢占优先级相同，子优先级高的先执行；
  2. 当子优先级高的中断到来时，遇到子优先级低的中断正在执行（两者抢占优先级一样），那子优先级高的中断也要等待子优先级低的中断先执行完；

优先级分组：

既然每个中断源都需要被指定这两种优先级，就需要有相应的寄存器位记录每个中断的优先级（指优先级这个数字，不能超过分配给它的最大存储值）；

在Cortex-M3中定义了8个比特位用于设置中断源的优先级，这8个比特位可以有8种分配方式，如下：

  1. 所有8位用于指定响应优先级
  2. 最高1位用于指定抢占式优先级，最低7位用于指定响应优先级
  3. 最高2位用于指定抢占式优先级，最低6位用于指定响应优先级
  4. 最高3位用于指定抢占式优先级，最低5位用于指定响应优先级
  5. 最高4位用于指定抢占式优先级，最低4位用于指定响应优先级
  6. 最高5位用于指定抢占式优先级，最低3位用于指定响应优先级
  7. 最高6位用于指定抢占式优先级，最低2位用于指定响应优先级
  8. 最高7位用于指定抢占式优先级，最低1位用于指定响应优先级

这就是优先级分组的概念。

Cortex-M3允许具有较少中断源时使用较少的寄存器位指定中断源的优先级，因此STM32把指定中断优先级的寄存器位减少到4位，这4个寄存器位的分组方式如下：
第0组：所有4位用于指定响应优先级，此时不会发生中断嵌套
第1组：最高1位用于指定抢占式优先级，最低3位用于指定响应优先级
第2组：最高2位用于指定抢占式优先级，最低2位用于指定响应优先级
第3组：最高3位用于指定抢占式优先级，最低1位用于指定响应优先级
第4组：所有4位用于指定抢占式优先级

可以通过调用STM32的固件库中的函数NVIC_PriorityGroupConfig()选择使用哪种优先级分组方式，这个函数的参数有下列5种：

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NVIC_PriorityGroup_0 //选择第0组
NVIC_PriorityGroup_1 // 选择第1组
NVIC_PriorityGroup_2 // 选择第2组
NVIC_PriorityGroup_3 // 选择第3组
NVIC_PriorityGroup_4 // 选择第4组

如何指定中断源的抢占式优先级和响应优先级：

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// 选择使用优先级分组第1组
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

// 使能EXTI0中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 指定抢占式优先级别1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;        // 指定响应优先级别0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

// 使能EXTI9_5中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 指定抢占式优先级别0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; 		  // 指定响应优先级别1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

更新于：2024年3月31日

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