STM32F03定時(shí)器基礎(chǔ)知識(shí)基本簡(jiǎn)介

一、思維導(dǎo)圖

三、定時(shí)器基本簡(jiǎn)介

（一）定時(shí)器分類(lèi)

STM32F103微控制器的定時(shí)器分為 系統(tǒng)定時(shí)器（SysTick） 、 “看門(mén)狗”定時(shí)器（WatchDog） 、 基本定時(shí)器 、 通用定時(shí)器 、高級(jí)定時(shí)器和 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC） 等。

1. 系統(tǒng)定時(shí)器（SysTick） ：是一個(gè)集成在Cortex-M3內(nèi)核當(dāng)中的定時(shí)器，Cortex-M3內(nèi)核附帶SysTick的主要目的是 給實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）提供時(shí)間基準(zhǔn)（時(shí)鐘節(jié)拍 ），SysTick是不允許被用戶(hù)直接使用的。
2. “看門(mén)狗”定時(shí)器（WatchDog） ：“看門(mén)狗”定時(shí)器連接到STM32微控制器芯片的復(fù)位電路， 在定時(shí)器溢出時(shí)會(huì)觸發(fā)復(fù)位操作 。
3. 實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC ：是一個(gè)帶獨(dú)立電源供電引腳和獨(dú)立時(shí)鐘源的定時(shí)器，可以實(shí)現(xiàn)在芯片主電源斷電情況下的連續(xù)供電，以 確保RTC定時(shí)器計(jì)數(shù)的連續(xù)性 。
4. 基本定時(shí)器 ：包括TIM6和TIM7，可以 實(shí)現(xiàn)基本的定時(shí)/計(jì)數(shù)功能 。
5. 通用定時(shí)器 ：包括TIM2、TIM3、TIM4和TIM5，在基本定時(shí)器功能的基礎(chǔ)上，可以 實(shí)現(xiàn)比較輸出、輸入捕獲、PWM輸出等功能 。
6. 高級(jí)定時(shí)器 ：包括TIM1和TIM8，在通用定時(shí)器功能的基礎(chǔ)上， 可以實(shí)現(xiàn)PWM輸出的死區(qū)控制 ，這一功能在全控橋逆變電路的控制中是十分關(guān)鍵的。

（二）通用定時(shí)器的主要功能

1. 位于低速的APB1總線(xiàn)上 （注意：高級(jí)定時(shí)器是在高速的APB2總線(xiàn)上）；

2. 16位向上、向下、向上/向下自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器(TIMx_CNT) ；

3. 16位可編程(可以實(shí)時(shí)修改)預(yù)分頻器(TIMx_PSC)， 計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的分頻系數(shù)為1～65536之間的任意數(shù)值 ；

4. 4個(gè)獨(dú)立通道(TIMx_CH1~4) ，這些通道可以用來(lái)作為： 輸入捕獲、輸出比較、PWM生成 （邊緣或中間對(duì)齊模式）、 單脈沖模式輸出 ；

5. 使用外部信號(hào)控制定時(shí)器和定時(shí)器互連的同步電路 ；

6. 如下事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生中斷/DMA ：更新（計(jì)數(shù)器向上溢出/向下溢出，計(jì)數(shù)器初始化(通過(guò)軟件或者內(nèi)部/外部觸發(fā))）、觸發(fā)事件(計(jì)數(shù)器啟動(dòng)、停止、初始化或者由內(nèi)部/外部觸發(fā)計(jì)數(shù))、輸入捕獲、輸出比較； 支持針對(duì)定位的增量(正交)編碼器和霍爾傳感器電路 ； 觸發(fā)輸入作為外部時(shí)鐘或者按周期的電流管理 ；

7.STM32的通用定時(shí)器可以被用于：測(cè)量輸入信號(hào)的脈沖長(zhǎng)度(輸入捕獲)或者產(chǎn)生輸出波形(輸出比較和PWM)等。(使用定時(shí)器預(yù)分頻器和RCC時(shí)鐘控制器預(yù)分頻器，脈沖長(zhǎng)度和波形周期可以在幾個(gè)微秒到幾個(gè)毫秒間調(diào)整。)

8. 每個(gè)通用定時(shí)器都是完全獨(dú)立的，沒(méi)有互相共享的任何資源 。

(三）通用定時(shí)器的計(jì)數(shù)器模式

1. 通用定時(shí)器可以向上計(jì)數(shù)、向下計(jì)數(shù)、向上向下雙向計(jì)數(shù)模式。
2. 向上計(jì)數(shù)模式 ：計(jì)數(shù)器從0計(jì)數(shù)到自動(dòng)加載值(TIMx_ARR)，然后重新從0開(kāi)始計(jì)數(shù)并且產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器溢出事件。
3. 向下計(jì)數(shù)模式 ：計(jì)數(shù)器從自動(dòng)裝入的值(TIMx_ARR)開(kāi)始向下計(jì)數(shù)到0，然后從自動(dòng)裝入的值重新開(kāi)始，并產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器向下溢出事件。
4. 中央對(duì)齊模式（向上/向下計(jì)數(shù)） ：計(jì)數(shù)器從0開(kāi)始計(jì)數(shù)到自動(dòng)裝入的值-1，產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器溢出事件，然后向下計(jì)數(shù)到1并且產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器溢出事件；然后再?gòu)?開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。

（四）通用定時(shí)器的PWM

利用STM32通用定時(shí)器的比較輸出功能，可以很方便地輸出PWM信號(hào)。脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）是廣泛用于燈光亮度、電機(jī)調(diào)速的一種數(shù)字控制方法。

脈沖寬度與周期的比值稱(chēng)為占空比 ，脈沖寬度越大，則占空比越大。占空比越大的信號(hào)對(duì)應(yīng)的LED亮度也越高。

如圖（a）所示，首先將定時(shí)器設(shè)置為增加/減少計(jì)數(shù)模式，則主計(jì)數(shù)器由0開(kāi)始加計(jì)數(shù)到自動(dòng)重裝載值Np，然后減計(jì)數(shù)到0，如此循環(huán)往復(fù)。圖中的三角形表示計(jì)數(shù)值的變化曲線(xiàn)，三角形曲線(xiàn)的周期為T(mén)。

如果開(kāi)啟PWM輸出模式，并將比較輸出值設(shè)為Nc，則在定時(shí)器的PWM輸出端會(huì)產(chǎn)生電平變化，當(dāng)比較值Nc大于計(jì)數(shù)值n時(shí)，輸出高電平；當(dāng)比較值Nc小于計(jì)數(shù)值n時(shí)，輸出低電平，如此循環(huán)往復(fù)可以產(chǎn)生一個(gè)周期為T(mén)的方波。

如圖（b）所示，增加比較輸出值Nc，按照以上規(guī)則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期同樣為T(mén)的方波，只是此時(shí)脈沖寬度ΔT增加，也就是占空比增加。

（五）通用定時(shí)器結(jié)構(gòu)框圖

通用定時(shí)器TIMx（TIM2～TIM5）的核心為可編程預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)的16位自動(dòng)重裝載計(jì)數(shù)器，主要由時(shí)鐘源、時(shí)鐘單元、捕獲/比較通道等組成。

1. 時(shí)鐘源的選擇

通用定時(shí)器的時(shí)鐘可由多種時(shí)鐘輸入源構(gòu)成，除了內(nèi)部時(shí)鐘源，其他三種時(shí)鐘源均通過(guò)TRGI（觸發(fā)）輸入。通用定時(shí)器的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘可由下列時(shí)鐘源提供：

（1） 內(nèi)部時(shí)鐘（TIMx_CLK） 。

（2） 外部時(shí)鐘模式1：外部捕捉比較引腳（TIx） ，外部輸入引腳（TIx）包括外部比較/捕獲引腳TIIF_ED、TI1FP1和TI2FP2，計(jì)數(shù)器在選定引腳的上升沿或下降沿開(kāi)始計(jì)數(shù)。

（3） 外部時(shí)鐘模式2：外部引腳輸入（TIMx_ETR） ，外部觸發(fā)輸入引腳（ETR），計(jì)數(shù)器在ETR引腳的上升沿或下降沿開(kāi)始計(jì)數(shù)。

（4） 內(nèi)部觸發(fā)輸入（ITRx，x=0, 1, 2, 3） ，一個(gè)定時(shí)器作為另一個(gè)定時(shí)器的預(yù)分頻器，如可以配置定時(shí)器TIM1作為定時(shí)器TIM2的預(yù)分頻器。

這里定時(shí)器的內(nèi)部時(shí)鐘源并不是直接來(lái)自APB1或APB2，而是 來(lái)源于輸入為APB1或APB2的一個(gè)倍頻器 。當(dāng)APB1的預(yù)分頻系數(shù)為1時(shí)，這個(gè)倍頻器不起作用，定時(shí)器的時(shí)鐘頻率等于APB1的頻率。當(dāng)APB1的預(yù)分頻系數(shù)為其他數(shù)值（預(yù)分頻系數(shù)為2、4、8或16）時(shí)，這個(gè)倍頻器才能夠發(fā)揮作用，定時(shí)器的時(shí)鐘頻率等于APB1頻率的2倍。（例：當(dāng)AHB為72MHz時(shí)，APB1的預(yù)分頻系數(shù)必須大于2，因?yàn)锳PB1的最大輸出頻率只能為36MHz。如果APB1的預(yù)分頻系數(shù)為2，則由于這個(gè)倍頻器2倍的作用，使得TIM2～TIM5仍然能夠得到72MHz的時(shí)鐘頻率。若APB1的輸出為72MHz，則直接取APB1的預(yù)分頻系數(shù)為1就可以保證TIM2～TIM5的時(shí)鐘頻率為72MHz，但是這樣就無(wú)法為其他外設(shè)提供低頻時(shí)鐘。當(dāng)設(shè)置內(nèi)部的倍頻器時(shí)，可以在保證其他外設(shè)能夠使用較低時(shí)鐘頻率的同時(shí)，使TIM2～TIM5仍能得到較高的時(shí)鐘頻率。）

外部時(shí)鐘源作為通用定時(shí)器的時(shí)鐘時(shí)，包括外部時(shí)鐘模式1和外部時(shí)鐘模式2兩種** 。當(dāng)從模式控制寄存器TIMx_SMCR的SMS=1時(shí)，外部時(shí)鐘源模式1被選定，計(jì)數(shù)器可以在選定輸入引腳的每個(gè)上升沿或下降沿計(jì)數(shù)。

當(dāng)從模式控制寄存器TIMx_SMCR的ECE=1時(shí)，外部時(shí)鐘源模式2被選定，計(jì)數(shù)器在ETR引腳的上升沿或下降沿開(kāi)始計(jì)數(shù)。

2. 定時(shí)器的時(shí)基單元

STM32微控制器的定時(shí)器的時(shí)基單元，從時(shí)鐘源送來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)過(guò)預(yù)分頻器的分頻，降低頻率后輸出信號(hào)CK_CNT，送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。預(yù)分頻器的分頻取值可以是1～65536之間的任意數(shù)值，一個(gè)72MHz的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻后，最小可以產(chǎn)生接近100Hz的信號(hào)。

可編程通用定時(shí)器的 主要部分是一個(gè)16位計(jì)數(shù)器和與其相關(guān)的自動(dòng)重裝載寄存器 。該計(jì)數(shù)器可以在時(shí)鐘控制單元的控制下，進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)、遞減計(jì)數(shù)或中央對(duì)齊計(jì)數(shù)（先遞增計(jì)數(shù)，達(dá)到自動(dòng)重裝載寄存器的數(shù)值后再遞減計(jì)數(shù)）。通過(guò)對(duì)時(shí)鐘控制單元的控制，可以實(shí)現(xiàn)直接被清零或在計(jì)數(shù)值達(dá)到自動(dòng)重裝載寄存器的數(shù)值后被清零，也可以直接被停止或在計(jì)數(shù)值達(dá)到自動(dòng)重裝載寄存器的數(shù)值時(shí)被停止，還能夠?qū)崿F(xiàn)暫停一段時(shí)間計(jì)數(shù)后在時(shí)鐘控制單元的控制下恢復(fù)計(jì)數(shù)等操作。

計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)溢出后，自動(dòng)重裝載寄存器TIMx_ARR將所保存的初值重新賦給計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)繼續(xù)計(jì)數(shù)。

3. 捕獲/比較通道

通用定時(shí)器上的每一個(gè)TIMx的捕獲/比較通道都有一個(gè)捕獲/比較寄存器（包含影子寄存器），包括捕獲的輸入部分（數(shù)字濾波、多路復(fù)用和預(yù)分頻器）和輸出部分（比較器和輸出控制）。當(dāng)一個(gè)通道工作在捕獲模式時(shí)，該通道的輸出部分會(huì)自動(dòng)停止工作；反之，當(dāng)一個(gè)通道工作在比較模式時(shí)，該通道的輸入部分也會(huì)自動(dòng)停止工作。

（1）捕獲通道。當(dāng)一個(gè)通道工作于捕獲模式時(shí)，輸入信號(hào)會(huì)從引腳經(jīng)輸入濾波、邊沿檢測(cè)和預(yù)分頻電路后，控制捕獲寄存器的操作。

（2）比較通道。當(dāng)一個(gè)通道工作于比較模式時(shí)，程序?qū)⒈容^數(shù)值寫(xiě)入比較寄存器，定時(shí)器會(huì)不停地將該寄存器的內(nèi)容與計(jì)數(shù)器的內(nèi)容進(jìn)行比較，一旦比較條件成立，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。

4. 定時(shí)時(shí)間的計(jì)算

Tout= ((arr+1)*(psc+1))/Tclk； Tclk ：TIM3的輸入時(shí)鐘頻率（單位為MHz）。 Tout ：TIM3溢出時(shí)間（單位為us）。

例：計(jì)時(shí)1s，輸入時(shí)鐘頻率為72MHz。

arr = 9999，psc = 7199。

Tout = ((arr+1)*(psc+1))/Tclk = ((9999+1) *(7199+1))/72=1M(us)=1(s)

（六）編寫(xiě)定時(shí)器中斷

1. 使能定時(shí)器時(shí)鐘 。調(diào)用函數(shù)：RCC_APB1PeriphClockCmd()；
2. 初始化定時(shí)器，配置ARR、PSC 。調(diào)用函數(shù)：TIM_TimeBaseInit()；
3. 開(kāi)啟定時(shí)器中斷，配置NVIC 。調(diào)用函數(shù)：void TIM_ITConfig()；NVIC_Init()；
4. 使能定時(shí)器 。調(diào)用函數(shù)：TIM_Cmd()；
5. 編寫(xiě)中斷服務(wù)函數(shù) 。調(diào)用函數(shù)：TIMx_IRQHandler()。