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STM32F103通用定时器的基本原理是什么

STM32F103通用定时器的基本原理是什么?
STM32F103通用定时器有何特点呢?


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杨平

2021-11-24 10:40:59
  一。通用定时器的基本原理
  1.三种STM32定时器区别
  
  2.通用定时器功能特点描述
  (1)STM32 的通用 TIMx (TIM2、TIM3、TIM4 和 TIM5)定时器功能特点包括:
  ①位于低速的APB1总线上(APB1)
  ②16 位向上、向下、向上/向下(中心对齐)计数模式,自动装载计数器(TIMx_CNT)。
  ③16 位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx_PSC),计数器时钟频率的分频系数 为 1~65535 之间的任意数值。
  ④4 个独立通道(TIMx_CH1~4),这些通道可以用来作为: (每个定时器都有四个通道,互不影响)
  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
  ⑥可使用外部信号(TIMx_ETR)控制定时器和定时器互连(可以用 1 个定时器控制另外一个定时器)的同步电路。
  ⑦如下事件发生时产生中断/DMA(6个独立的IRQ/DMA请求生成器):
  1)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)
  2)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)
  3)输入捕获
  4)输出比较
  5)支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路
  6)触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理
  ⑧STM32 的通用定时器可以被用于: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)等。
  ⑨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。STM32 的每个通用定时器都是完全独立的,没有互相共享的任何资源。
  3.计数器模式
  通用定时器可以向上计数、向下计数、向上向下双向计数模式。
  ①向上计数模式:计数器从0计数到自动加载值(TIMx_ARR),然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。
  ②向下计数模式:计数器从自动装入的值(TIMx_ARR)开始向下计数到0,然后从自动装入的值重新开始,并产生一个计数器向下溢出事件。
  ③中央对齐模式(向上/向下计数):计数器从0开始计数到自动装入的值-1,产生一个计数器溢出事件,然后向下计数到1并且产生一个计数器溢出事件;然后再从0开始重新计数。
  
  
  
  
  
  
  
  二。定时器中断
  1.时钟选择
  1) 内部时钟(CK_INT)
  2) 外部时钟模式 1:外部输入脚(TIx)
  3) 外部时钟模式 2:外部触发输入(ETR)
  4) 内部触发输入(ITRx):使用 A 定时器作为 B 定时器的预分频器(A 为 B 提供时钟)
  2.内部时钟选择(默认为内部时钟)
  
  3.时钟计算方法
  这些时钟,具体选择哪个可以通过 TIMx_SMCR 寄存器的相关位来设置。这里的CK_INT时钟是从 APB1 倍频的来的,STM32 中除非 APB1 的时钟分频数设置为 1,否则通用定时器 TIMx的时钟是 APB1 时钟的 2 倍,当 APB1 的时钟不分频的时候,通用定时器 TIMx 的时钟就等于APB1 的时钟。这里还要注意的就是高级定时器的时钟不是来自 APB1,而是来自 APB2 的。
  除非APB1的分频系数是1,否则通用定时器的时钟等于APB1时钟的2倍。
  默认调用SystemInit函数情况下:
  SYSCLK=72M
  AHB时钟=72M
  APB1时钟=36M
  所以APB1的分频系数=AHB/APB1时钟=2
  所以,通用定时器时钟CK_INT=2*36M=72M
  4.定时器中断实验相关寄存器
  (1)计数器当前值寄存器CNT
  (2)预分频寄存器TIMx_PSC
  (3)自动重装载寄存器(TIMx_ARR)
  (4)控制寄存器1(TIMx_CR1)
  (5)DMA中断使能寄存器(TIMx_DIER)
  5.常用库函数
  (1)定时器参数初始化:
  void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);
  typedef struct
  {
  uint16_t TIM_Prescaler; //设置分频系数,PSC
  uint16_t TIM_CounterMode; //设置技术方式【向上计数,向下计数,中央对齐计数】
  uint16_t TIM_Period; //设置自动重装计数周期值,就是ARR
  uint16_t TIM_ClockDivision; //设置时钟分频因子
  uint8_t TIM_RepetitionCounter;//高级定时器才用
  } TIM_TimeBaseInitTypeDef;
  (2)定时器使能函数
  void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState)
  (3)定时器中断使能函数:
  void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState);
  (4)状态标志位获取和清除:
  FlagStatus TIM_GetFlagStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_FLAG);
  void TIM_ClearFlag(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_FLAG);
  ITStatus TIM_GetITStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);//自动判断是否触发中断
  void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);
  6.定时器中断实现步骤
  ①能定时器时钟。
  RCC_APB1PeriphClockCmd();
  ②初始化定时器,配置ARR,PSC。
  TIM_TimeBaseInit();
  ③开启定时器中断,配置NVIC。
  void TIM_ITConfig();//可设置允许中断更新
  NVIC_Init();
  ④使能定时器。
  TIM_Cmd();//允许TIMx工作
  ⑤编写中断服务函数。
  TIMx_IRQHandler();//主要清除中断标志位
  7.定时时间计算公式
  Tout= ((arr+1)*(psc+1))/Tclk
  其中:
  Tclk: TIMx 的输入时钟频率(单位为 Mhz)
  Tout: TIM3x溢出时间(单位为 us)
  psc:分频系数
  arr:自动重装值
  【psc+arr:一般设置为入口参数,用于调节定时周期】
  三。定时器输出PWM
  1.PWM 简介
  STM32 的定时器除了TIM6 和 7。其他的定时器都可以用来产生 PWM 输出。其中高级定时器 TIM1 和 TIM8 可以同时产生多达 7 路的 PWM 输出。而通用定时器也能同时产生多达 4路的 PWM 输出,STM32 最多可以同时产生 30 路 PWM 输出!
  要使 STM32 的高级定时器 TIM1 产生 PWM 输出,除了上一章介绍的几个寄存器(ARR、PSC、 CR1 等) 外,我们还会用到 4 个寄存器(通用定时器则只需要 3 个),来控制 PWM 的输出。这四个寄存器分别是:捕获/比较模式寄存器(TIMx_CCMR1/2)、捕获/比较使能寄存器(TIMx_CCER)、捕获/比较寄存器(TIMx_CCR1~4) 以及刹车和死区寄存器(TIMx_BDTR)。接下来我们简单介绍一下这四个寄存器。
  2.STM32 PWM工作过程示意图
  
  
  CCR1:捕获比较(值)寄存器(x=1,2,3,4):设置比较值。
  CCMR1: OC1M[2:0]位: 对于PWM方式下,用于设置PWM模式1【110】或者PWM模式2【111】
  CCER:CC1P位:输入/捕获1输出极性。0:高电平有效,1:低电平有效。
  CCER:CC1E位:输入/捕获1输出使能。0:关闭,1:打开。
  PWM模式1 & PWM模式2的比较:输出电平的极性相反
  3.STM32 PWM
  
  void TIM_OC2PreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);
  void TIM_ARRPreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);
  4.自动重载的预装载寄存器
  void TIM_ARRPreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);
  功能:简单的说,ARPE=1,ARR立即生效。..。.APRE=0,ARR下个比较周期生效。
  5.PWM输出库函数
  (1)PWM配置初始函数:void TIM_OCxInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);
  typedef struct
  {
  uint16_t TIM_OCMode; //PWM模式1或者模式2
  uint16_t TIM_OutputState; //输出使能 OR使能
  uint16_t TIM_OutputNState;
  uint16_t TIM_Pulse; //比较值,写CCRx
  uint16_t TIM_OCPolarity; //比较输出极性
  uint16_t TIM_OCNPolarity;
  uint16_t TIM_OCIdleState;
  uint16_t TIM_OCNIdleState;
  } TIM_OCInitTypeDef;//可以只给上述四个成员赋值就行,其他的参数 TIM_OutputNState, TIM_OCNPolarity, TIM_OCIdleState 和 TIM_OCNIdleState 是
  高级定时器 TIM1 和 TIM8 才用到的
  (2)设置比较值函数
  void TIM_SetCompareX(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare2);
  (3)使能输出比较预装载
  void TIM_OC2PreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);
  (4)使能自动重装载的预装载寄存器允许位
  void TIM_ARRPreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);
  6.PWM输出配置步骤
  ①使能定时器和相关IO口时钟。
  使能定时器3时钟:RCC_APB1PeriphClockCmd();
  使能GPIOB时钟:RCC_APB2PeriphClockCmd();
  ②初始化IO口为复用功能输出。函数:GPIO_Init();
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  ③这里我们是要把PB5用作定时器的PWM输出引脚,所以要重映射配置,所以需要开启AFIO时钟。同时设置重映射。
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
  GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE);
  ④ 初始化定时器:ARR,PSC等:TIM_TimeBaseInit();
  ⑤初始化输出比较参数:TIM_OC2Init();// PWM 模式及通道方向
  ⑥使能预装载寄存器: TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
  ⑦ 使能定时器。TIM_Cmd();
  注:设置 MOE 输出,使能 PWM 输出
  普通定时器在完成以上设置了之后, 就可以输出 PWM 了,但是高级定时器,还需要使能刹车和死区寄存器(TIM1_BDTR)的 MOE 位,以使能整个 OCx(即 PWM)输出。
  TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);// MOE 主输出使能
  ⑧ 不断改变比较值CCRx,达到不同的占空比效果:TIM_SetCompare2();//修改 TIM1_CCR1 来控制占空比
  定时器中断+PWM初始化产生 源码:
  #include “timer.h”
  #include “LED.h”
  #include “stm32f10x.h”
  //arr:自动重装值
  //pre:预分频系数
  void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 pre)
  {
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);//使能TIM3的时钟,挂载在APB1上
  //初始化时钟
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//时钟分割
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//向上计数
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = arr;//自动重装值
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = pre;//预分频
  TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStruct);
  //开启定时器中断,配置NVIC
  TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE);//允许更新中断
  NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;//TIM3中断
  NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
  NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
  TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);//使能定时器3
  }
  void TIM3_IRQHandler(void)
  {
  if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update))
  {
  TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);
  LED0 = !LED0;
  }
  }
  //TIM1_CH1---》PA8:默认复用功能--部分重映射
  void TIM1_PWM_Init(u16 arr,u16 pre)
  {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
  TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);//使能TIM3的时钟,挂载在APB1上
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
  //初始化PA8
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
  //初始化定时器
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//时钟分割
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//向上计数
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = arr;//自动重装值
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = pre;//预分频
  TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseInitStruct);
  //初始化PWM设置
  TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;//设置为 脉宽调制模式2
  TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;//输出极性高
  TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;//比较输出使能
  TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 0;//设置待装入捕获比较器的脉冲值
  TIM_OC1Init(TIM1,&TIM_OCInitStruct);//初始化外设TIM1
  //MOE 主输出使能
  TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);
  //使能预装载寄存器
  TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);
  //使能TIM1在ARR上的预装载寄存器
  TIM_ARRPreloadConfig(TIM1,ENABLE);
  //使能定时器TIM1
  TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);
  }
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