7定时器.docx

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7定时器

定时器（时基和PWM输出）

#.1定时器功能简介

区别于SysTick一般只用于系统时钟的计时，STM32的定时器外设功能强大得超出了想像力，《STM32参考手册》中仅对定时器的介绍就已经占了100多页。

Stm32一共有8个都为16位的定时器。

其中Tim6、Tim7是基本定时器；Tim2-Tim5是通用定时器；Tim1和Tim8是高级定时器。

这些定时器使stm32具有定时、信号的频率测量、信号的PWM测量、PWM输出、三相6步电子控制及编码器接口等功能，都是专业为工控领域量身定做的。

#.2定时器工作分析

#.2.1基本定时器

基本定时器TIM6和TIM7只具备最基本的定时功能，就是累加的时钟脉冲数超过（达到）预定值时，能触发中断或触发DMA请求。

由于在芯片内部与DAC外设相连，可通过触发输出驱动DAC，也可以作为其它通用定时器的时钟基准。

如下图

这两个基本定时器使用的时钟源都是TIMxCLK，时钟源经过PSC预分频器后输入至脉冲计数器TIMx_CNT，基本定时器只能工作在向上计数模式，在重载寄存器TIMx_ARR中保存的是定时器的溢出值。

工作时，脉冲计数器TIMx_CNT由时钟触发进行计数，当TIMx_CNT的计数值X等于重载寄存器中保存的数值N时，产生溢出事件，（实际情况是TIMx_CNT要完成0-N的全部计数，也就是说N这个数是要计完之后再触发响应中断或者DMA，这样TIMx_CNT实际完成了N+1次计数，所以在以后编程时，如果我们需要计1000次，参数应该配置成N=999，其它情况以此类推。

相关内容可参考该定时器的计数模式）可触发中断或DMA请求。

然后TIMx_CNT的值重新被置为0，重新向上计数。

TIM6和TIM7的主要特性

TIM6和TIM7定时器的主要功能包括：

●16位自动重装载累加计数器

●16位可编程（可实时修改）预分频器，用于对输入的时钟按系数为1～65536之间的任意数值分频

●触发DAC的同步电路

●在更新事件（计数器溢出）时产生中断/DMA请求

#.2.2TIM6和TIM7的功能

时基单元

这个可编程定时器的主要部分是一个带有自动重装载的16位累加计数器，计数器的时钟通过一个预分频器得到。

软件可以读写计数器、自动重装载寄存器和预分频寄存器，即使计数器运行时也可以操作。

时基单元包含：

●计数器寄存器（TIMx_CNT）

●预分频寄存器（TIMx_PSC）

●自动重装载寄存器（TIMx_ARR）

自动重装载寄存器是预加载的，每次读写自动重装载寄存器时，实际上是通过读写预加载寄存器实现。

根据TIMx_CR1寄存器中的自动重装载预加载使能位（ARPE），写入预加载寄存器的内容能够立即或在每次更新事件时，传送到它的影子寄存器。

当TIMx_CR1寄存器的UDIS位为“0”（UEV使能），则每当计数器达到溢出值时，硬件发出更新事件；软件也可以产生更新事件；关于更新事件的产生，随后会有详细的介绍。

计数器由预分频输出CK_CNT驱动，设置TIMx_CR1寄存器中的计数器使能位（CEN）使能计数器计数。

注意：

实际的设置计数器使能信号CNT_EN相对于CEN滞后一个时钟周期。

预分频器

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。

以下两图是在运行过程中改变预分频系数的例子。

计数模式

计数器从0累加计数到自动重装载数值（TIMx_ARR寄存器），然后重新从0开始计数并产生一个计数器溢出事件。

每次计数器溢出时可以产生更新事件；（通过软件或使用从模式控制器）设置TIMx_EGR寄存器的UG位也可以产生更新事件。

设置TIMx_CR1中的UDIS位（为1）可以禁止产生UEV事件，这可以避免在写入预加载寄存器时更改影子寄存器。

在清除UDIS位为“0”之前，将不再产生更新事件，但计数器和预分频器依然会在应产生更新事件时重新从0开始计数（但预分频系数不变）。

另外，如果设置了TIMx_CR1寄存器中的URS（选择更新请求），设置UG位可以产生一次更新事件UEV，但不设置UIF标志（即没有中断或DMA请求）。

当发生一次更新事件时，所有寄存器会被更新并（根据URS位）设置更新标志（TIMx_SR寄存器的UIF位）：

●传送预装载值（TIMx_PSC寄存器的内容）至预分频器的缓冲区。

●自动重装载影子寄存器被更新为预装载值（TIMx_ARR）。

以下是一些在TIMx_ARR=0x36时不同时钟频率下计数器工作的图示例子。

和基本定时器相关的寄存器（共8个）

●TIM6和TIM7控制寄存器1（TIMx_CR1）

●TIM6和TIM7控制寄存器2（TIMx_CR2）

●TIM6和TIM7DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER）

●TIM6和TIM7状态寄存器（TIMx_SR）

●TIM6和TIM7事件产生寄存器（TIMx_EGR）

●TIM6和TIM7计数器（TIMx_CNT）

●TIM6和TIM7预分频器（TIMx_PSC）

●TIM6和TIM7自动重装载寄存器（TIMx_ARR）

其相关说明见《stm32参考手册》

定时器的时钟源

从时钟源方面来说，通用定时器比基本定时器多了一个选择，它可以用外部脉冲作为定时器的时钟源。

使用外部时钟源时，要使用寄存器进行触发边沿、滤波器带宽的配置。

如果选择内部时钟源的话则与基本定时器一样，也为TIMxCLK。

但要注意的是，所有定时器（包括基本、通用和高级）使用内部时钟源时，定时器的时钟源都被称为TIMxCLK，但TIMxCLK的时钟来源并不是完全一样的，见图（时钟树）。

Tim2-Tim7也就是基本定时器和通用定时器，TIMxCLK的时钟来源是APB1预分频的输出。

当APB1的分频系数为1时，则Tim2-Tim7的TIMxCLK直接等于该APB1预分频器的输出，而APB1的分频系数不为1时，Tim2-Tim7的TIMxCLK则为APB1预分频器输出的2倍。

如在常见的配置中，AHB=72MHZ，而APB1的预分频系数被配置为2，则PCLK1刚好达到最大值36MHZ，则Tim2-Tim7的时钟TIMxCLK=（AHB/2）*2=72MHZ。

而对于Tim1和Tim8这两个高级定时器，TIMxCLK的时钟来源则是APB2预分频器的输出，同样它也根据分频系数分为两种情况。

常见的配置中，AHB=72MHZ，APB2预分频器的分频系数被设置为1，此时PCLK2刚好达到最大值72MHZ，而TIMxCLK则直接等于APB2分频器的输出，即Tim1和Tim8的时钟TIMXCLK=AHB=72MHZ。

虽然这种配置下最终TIMxCLK的时钟频率相等，但必须清楚实质上它们的时钟来源是有区别的。

还要强调的是：

TIMxCLK是定时器内部的时钟源，但在时钟输出到脉冲计数器TIMx_CNT前，还经过一个预分频器PSC，最终用于驱动脉冲计数器TIMx_CNT的时钟频率根据预分频器PSC的配置而定。

时基初始化

首先是时基初始化，使用了一个TIM_TimeBaseInitTypeDef类型的结构体。

时基初始化，即配置基本定时器只具有的那部分功能，下面分析初始化结构体的成员：

（1）.TIM_Period

定时周期，实质是存储到重载寄存器TIMx_ARR的数值，脉冲计数器从0累加到这个值上溢或从这个值自减至0下溢。

这个数值加1然后乘以时钟源周期就是实际定时周期。

本实验中向该成员赋值为999，即定时周期为（999+1）*T，T为时钟源周期。

注：

999和1000的区别一定要弄清楚。

（2）.TIM_Prescaler

对定时器时钟TIMxCLK的预分频值，分频后作为脉冲计数器TIMx_CNT的驱动时钟，得到脉冲计数器的时钟频率为：

fCK_CNT=fTIMx_CLK/（N+1），其中N为即为赋给本成员的时钟分频值。

本实验给TIM_Prescaler成员赋值为71，即对TIMxCLK进行（71+1=72）分频，已知AHB时钟频率为72MHz、TIMxCLK为72MHz，所以输出到脉冲计数器TIMx_CNT的时钟频率为fCK_CNT=72MHz/（71+1）=1MHz。

（3）.TIM_ClockDivision：

时钟分频因子。

怎么又出现一个配置时钟分频的呢？

要注意这个TIM_ClockDivision和上面的TIM_Prescaler是不一样的。

TIM_Prescaler预分频配置是对TIMxCLK进行分频，分频后的时钟被输出到脉冲计数器TIMx_CNT，而TIM_ClockDivision虽然也是对TIMxCLK进行分频，但它分频后的时钟频率为fDTS，是被输出到定时器的ETRP数字滤波器部分，会影响滤波器的采样频率。

TIM_ClockDivision可以被配置为1分频（fDTS=fTIMxCLK）、2分频及4分频。

ETRP数字滤波器的作用是对外部时钟TIMxETR进行滤波。

本实验中是使用内部时钟TIMxCLK作为定时器时钟源的，所以配置TIM_ClockDivision为任何数值都没有影响。

（4）.TIM_CounterMode

本成员配置的为脉冲计数器TIMx_CNT的计数模式，分别为向上计数，向下计数，及中央对齐模式。

向上计数即TIMxCNT从0向上累加到TIM_Period中的值，（重载寄存器TIMx_ARR的值），产生上溢事件；向下计数则TIMxCNT从TIM_Period的值累减至0，产生下溢事件。

而中央对齐模式则为向上、向下计数的合体，TIMxCNT从0累加到TIM_Period的值减1时，产生一个上溢事件，然后向下计数到1时，产生一个计数器下溢事件，再从0开始重新计数。

本实验中.TIM_CounterMode成员被赋值为TIM_CounterMode_Up（向上计数模式）。

填充完配置参数后，调用库函数TIM_TimeBaseInit（）把这些控制参数写到寄存器中，定时器的时基配置就完成了。

#.3Stm32通用定时器3精确延时代码分析

#.3.1实验描述及工程文件清单

实验描述

使用通用定时器TIM3进行精确定时，结果为经过一定定时时间，开发板上的ledx亮（灭）

硬件连接

Led0-pb6,led1-pb7,led2-pb8,led3-pb9

用到的库文件

startup/start_stm32f10x_hd.c

CMSIS/core_cm3.c

CMSIS/system_stm32f10x.c

FWlib/stm32f10x_gpio.c

FWlib/stm32f10x_rcc.c

FWlib/stm32f10x_tim.c

FWlib/misc.c

用户编写的文件

USER/main.c

USER/stm32f10x_it.c

USER/led.c

USER/bsp_TimeBase.c

#.3.2.配置工程环境

本按键实验中用到了GPIO、RCC、TIM片上外设，并且使用了中断，所以要把外设函数库文件FWlib/stm32f10x_gpio.c、FWlib/stm32f10x_rcc.c、FWlib/stm32f10x_tim.c和中断函数库文件FWlib/misc.c文件添加到工程模板之中。

实验中还使用了LED灯，为了重用代码，我们把在前面写好的led.c和led.h用户文件复制到USER目录下，并添加到工程之中。

配置工程环境最重要的一步就是别忘记在stm32f10x_conf.h文件中把使用到的外设头文件包含进来。

#.3.3main文件

顺着代码的执行流程，从main函数开始分析，这样阅读和分析别人写的代码更有条理。

***********************************

#include"stm32f10x.h"

#include"led.h"

#include"bsp_TiMbase.h"

volatileu32time=0;//ms计时变量

intmain（void）

{

/*led端口配置*/

LED_GPIO_Config（）;

/*TIM3定时配置*/

TIM3_Configuration（）;

/*定时器的中断优先级配置*/

TIM3_NVIC_Configuration（）;

/*TIM3重新开启时钟，开始定时，其实这条语句只要符合规则，怎么写都可以！

*/

RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE）;

while

（1）

{

if（time==1000）/*1000*1ms=1s时间到*/

{

time=0;

/*LED1取反*/

LED1_TOGGLE;

}

}

}

***********************************

#.3.4.TIM3初始化配置

现在我们分析一下紧接下来调用到的TIM3_Configuration（）函数。

***************************************

voidTIM3_Configuration（void）

{

TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;

/*配置Tim3的时钟Tim3clk为72MHZ*/

RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE）;

//TIM_DeInit（TIM2）;/*使用这个函数配置成默认值也是可以的*/

/*自动重装载寄存器TIM3_ARR的值为（N-1）=1000-1=999*/

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=999;

/*累计TIM_Period个周期后产生一次更新或者中断*/

/*设置时钟预分频系数为72-1=71*/

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=71;

/*设置的是tim->cr1的8、9位，具体什么含义目前还不清楚，反正在这里是没有使用该参数*/

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;

/*设置定时器的计数模式为向上计数模式*/

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;

TIM_TimeBaseInit（TIM3,&TIM_TimeBaseStructure）;

/*为了防止定时器一开始没有计数就产生中断，所以先清楚该中断标志位*/

TIM_ClearFlag（TIM3,TIM_FLAG_Update）;

/*使能中断*/

TIM_ITConfig（TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE）;

TIM_Cmd（TIM3,ENABLE）;

RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM3,DISABLE）;/*为了防止出现的错误，先关闭这个时钟*/

}

***************************************

#.3.5中断优先级的配置

Tim3中断优先级的配置函数为TIM3_NVIC_Configuration（），具体代码如下

***************************************

voidTIM3_NVIC_Configuration（void）

{

NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;

/*中断优先级被配置成第0组*/

NVIC_PriorityGroupConfig（NVIC_PriorityGroup_0）;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM3_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=3;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;

NVIC_Init（&NVIC_InitStructure）;

}

**************************************

由于这是个独立的程序，没有和其它的中断产生冲突，所以，这个中断优先级可随意设置。

#.3.6中断服务函数

在这个工程中，使用了Tim3的溢出中断，具体函数为

***********************************************

voidTIM3_IRQHandler（void）

{

if（TIM_GetITStatus（TIM3,TIM_IT_Update）!

=RESET）

{

time++;

TIM_ClearITPendingBit（TIM3,TIM_FLAG_Update）;

}

}

***********************************************

经过前面的设置，通用定时器Tim3每经过1ms触发一次中断，也就是在中断服务函数中每经过1ms，变量time加1，这样在main函数中的条件判断语句（time==1000）成立的条件恰好为1000*0.001=1s，也就是每经过1秒，led1状态变化一次。

#.3.6实验现象

使用通用定时器Tim3进行精确定时，每经过1秒，LEDx状态变化一次。

#.4通用定时器

#.4.1通用定时器简介

通用定时器是一个通过可编程预分频器驱动的16位自动装载计数器构成。

它适用于多种场合，包括测量输入信号的脉冲长度（输入捕获）或者产生输出波形（输出比较和PWM）。

使用定时器预分频器和RCC时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。

每个定时器都是完全独立的，没有互相共享任何资源。

它们可以一起同步操作。

相比之下，通用定时器Tim2-Tim5就比基本定时器复杂得多了。

见下图

通用定时器主要特性

通用TIMx（TIM2、TIM3、TIM4和TIM5）定时器功能包括：

●16位向上、向下、向上/向下自动装载计数器

●16位可编程（可以实时修改）预分频器，计数器时钟频率的分频系数为1～65536之间的任意数值

●4个独立通道：

⏹─输入捕获

⏹─输出比较

⏹─PWM生成（边缘或中间对齐模式）

⏹─单脉冲模式输出

●使用外部信号控制定时器和定时器互连的同步电路

●如下事件发生时产生中断或DMA请求

⏹─更新：

计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化（通过软件或者内部/外部触发）

⏹─触发事件（计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数）

⏹─输入捕获

⏹─输出比较

●支持针对定位的增量（正交）编码器和霍尔传感器电路

●触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理

#.4.2Tim2-Tim5的主要功能

时基单元

和基本定时器是一样的，只是这个计数器可以向上计数、向下计数或者向上向下双向计数。

预分频器

和基本定时器类似。

计数器模式

分为向上、向下和中央对齐三种模式，其中向上和向下的计数模式和基本定时器差不多。

时钟选择

通用定时/计数器时钟可由下列时钟源提供：

●内部时钟（CK_INT）

●外部时钟模式1：

外部输入脚（TIx）

●外部时钟模式2：

外部触发输入（ETR）

●内部触发输入（ITRx）：

使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器，如可以配置一个定时器Timer1而作为另一个定时器Timer2的预分频器。

内部时钟源（CK_INT）

如果禁止了从模式控制器（TIMx_SMCR寄存器的SMS=000），则CEN、DIR（TIMx_CR1寄存器）和UG位（TIMx_EGR寄存器）是事实上的控制位，并且只能被软件修改（UG位仍被自动清除）。

只要CEN位被写成“1”，预分频器的时钟就由内部时钟CK_INT提供。

外部时钟源模式1

当TIMx_SMCR寄存器的SMS=111时，此模式被选中。

计数器可以在选定输入端的每个上升沿或下降沿计数。

外部时钟源模式2

选定此模式的方法为：

令TIMx_SMCR寄存器中的ECE=1计数器能够在外部触发ETR的每一个上升沿或下降沿计数。

捕获/比较寄存器

通用定时器的基本计时功能与基本定时器的工作方式是一样的，同样把时钟源经过预分频器输出到脉冲计数器TIMx_CNT累加，溢出时就产生中断或DMA请求。

而通用定时器比基本定时器多出的强大功能，就是因为通用定时器多出了一种寄存器捕获/比较寄存器TIMx_CCR（Capture/CompareRegister），它在输入时被用于捕获（存储）输入脉冲在电平发生翻转时，脉冲计数器TIMx_CNT的当前计数值，从而实现脉冲的频率测量；在输出时被用来存储一个脉冲数值，把这个数值用于与脉冲计数器TIMx_CNT的当前计数值进行比较，根据比较结果进行不同的电平输出。

PWM输出过程分析

通用定时器可以利用GPIOx引脚进行脉冲输出，在配置为比较输出、PWM输出功能时，捕获/比较寄存器TIMx_CCRx被用作比较功能，下面把它简称为比较寄存器。

这里直接举例说明定时器的PWM输出工作过程：

若配置脉冲计数器TIMx_CNT为向上计数，而重载寄存器TIMx_ARR被配置为N，即TIMx_CNT的当前计数值数值X在TIMxCLK时钟源的驱动下不断累加，当TIMx_CNT的数值X大于N时，会重置TIMx_CNT数值为0重新计数。

而在TIMxCNT计数的同时，TIMxCNT的计数值X会与比较寄存器TIMx_CCR预先存储了的数值A进行比较，当脉冲计数器TIMx_CNT的数值X小于比较寄存器TIMx_CCR的值A时，输出高电平（或低电平，这是可以自定义的）；相反地，当脉冲计数器的数值X大于或等于比较寄存器的值A时，输出低电平（或高电平）。

如此循环，得到的输出脉冲周期就为重载寄存器TIMx_ARR存储的数值（N+1）乘以触发脉冲的时钟周期，其脉冲宽度则为比较寄存器TIMx_CCR的值A乘以触发脉冲的时钟周期，即输出PWM的占空比为A/（N+1）。

PWM边沿对齐模式向上计数配置

当TIMx_CR1寄存器中的DIR位为低的时候执行向上计数。

下面是一个PWM模式1的例子。

当TIMx_CNT

如果TIMx_CCRx中的比较值大于自动重装载值（TIMx_ARR），则OCxREF保持为’1’。

如果比较值为0，则OCxREF保持为“0”。

下图为TIMx_ARR=8时边沿对齐的PWM波形实例。

边沿对齐的PWM波