代码收藏家技术教程 2023-05-05

STM32CubeMX系列06——定时器（定时、PWM、输入捕获）

文章目录

====>>> 文章汇总（有代码汇总） <<<====

1. 所用硬件

正点原子Mini板，主控 STM32F103RCT6.

定时器简介
这里主要讨论通用定时器（系统嘀嗒定时器、看门狗定时器、RTC定时器不考虑在内）

对于STM32F103RCT6 单片机：

2个基本定时器。分别是TIM6、TIM7。只能16位向上计数、没有IO口，没有捕获和比较通道，只有计时功能。

4个通用定时器。分别是TIM2、TIM3、TIM4、TIM5。可以16位向上或向下计数。可以定时、输出比较、输入捕获。每个定时器有4个外部IO。

2个高级定时器。分别是TIM1、TIM8。可以16位向上或向下计数。可以定时、输出比较、输入捕获、还可以输出三相电机互补信号。每个定时器有8个外部IO。

另外定时器的通道可以用来作为：

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

如下事件发生时产生中断/DMA：

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

2. 生成工程

2.1. 创建工程选择主控

2.2. 系统配置

配置时钟源

配置debug模式（如果需要ST-Link下载及调试可以勾选）

配置时钟树（可以直接在HCLK那里输入72，然后敲回车会自动配置）

2.3. 配置工程目录

3. 定时器配置（三选一）

案例：

定时功能：定时翻转 LED 灯

PWM功能：驱动电机 / 呼吸灯

输入捕获：PWM信号频率计算 / 信号高电平或低电平持续时间计算

3.1. 定时功能

第一步：配置外设
LED：用来看效果

TIMER2：用来计时

在时钟树中可以看到，定时器都是挂在APB1和APB2上，时钟频率都一样，都是72MHZ。我们这里设置预分频系数为7200-1，也就是分频完之后的频率为72 000 000 / 7200 = 10 000HZ；计数值为10000 (设置9999，还有0，就是1万)。也就是每1s产生一次溢出中断中断。

配置中断

第二步：生成代码

第三步：写代码
打开工程，编译。
在stm32f1xx_it.c中可以看到定时器中断处理函数TIM2_IRQHandler.

在HAL_TIM_IRQHandler(&htim2);中，根据发生事件不同，调用了不同函数，其中当发生更新事件的时候，调用了函数HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(htim);

这个函数定义如下。可以看到这是个弱函数，在注释中也有写。我们重新定义此函数，然后当中断发生时会执行此函数。此函数被称为回调函数。

当需要回调时，不应修改此函数，
HAL_TIM_PeriodElapsedCallback可以在用户文件中实现

我们把这个函数的重定义写在 tim.c 中。添加到末尾。

/* USER CODE BEGIN 1 */

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	// 这个回调函数 是共用的，因此需要先判断，是不是定时器2
    if(htim->Instance == htim2.Instance)
	{
		HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
	}
}

/* USER CODE END 1 */

然后在main.c中，只需要在while(1)之前使能定时器中断即可。

  // 使能定时器中断
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

第四步：编译、下载、验证

PA8 连接的 LED 每隔一秒翻转一次，

3.2. PWM 输出

第一步：配置定时器，用于输出PWM信号

在时钟树中可以看到，定时器都是挂在APB1和APB2上，时钟频率都一样，都是72MHZ。我们这里设置预分频系数为72-1，也就是分频完之后的频率为72 000 000 / 72 = 1 000 000HZ；计数值为1000 (设置999，还有0，就是1 000)。也就是每1ms产生一次溢出中断中断。

PWM 生成通道 mode 参数：

TIMx_CNT，表示定时器 TIMx 的计数器寄存器值；
TIMx_CCRn，表示捕获比较寄存器的值，其中 n 表示某个通道，取值为1、2、3、4；

PWM 生成通道 pulse 参数：决定PWM的占空比。
占空比Pulse = pulse / period

这个是可以在程序中改的
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, campNum);

第二步：生成代码

第三步：main.c

  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  
	// 开启 PWM 输出
  	HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_2);
	
	uint16_t pwm_i = 0;			//  PWM output
	uint16_t pwm_mode = 0;		//  PWM chance mode
  while (1)
  {
		if(pwm_mode)
		{
			__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, pwm_i--);
			__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_2, pwm_i--);
			if(pwm_i==0)
				pwm_mode=0;
		}
		else
		{
			__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, pwm_i++);
			__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_2, pwm_i++);
			if(pwm_i==1000)
				pwm_mode=1;
		}
		HAL_Delay(1);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

第四步：效果验证
编译、烧录
在PA1和GND 或者 PA2和GND之间接个 LED，可以看到LED有呼吸灯的效果。

3.3. 输入捕获

第一步：定时器配置
这里使用定时器3捕获输入

在时钟树中可以看到，定时器都是挂在APB1和APB2上，时钟频率都一样，都是72MHZ。我们这里设置预分频系数为72-1，也就是分频完之后的频率为72 000 000 / 72 = 1 000 000HZ；计数值为65536(设置65535，还有0，就是65536)。因为这里其实还是需要计时，能长就长，减少更新中断。同时设置上升沿触发，也就是上升沿到来产生捕获中断。

设置捕获上升沿还是下降沿也是可以配置的
__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY();

使能中断

使用定时器2 产生固定占空比的PWM波（配置方法和上一小节一样）

为了方便看效果，也配置一下串口重定向，看往期文章。–>串口重定向配置<–

第二步：生成代码

第三步：写代码
在tim.c末尾加上下面函数。前者为输入捕获中断回调函数。
后者用来计算输入信号的占空比和频率。

/* USER CODE BEGIN 1 */
#include "usart.h"

uint16_t CCR1, CCR2, CCR3;
uint8_t measure_flag = 0;
// 定时器3 捕获中断回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	static uint8_t measure_cnt = 1;
	// 初始设置的是捕获上升沿
	if (htim == &htim3)
	{
		// 1. 第一次发生中断肯定是上升沿
		if (measure_cnt == 1)
		{
			// 2. 获取此时定时器计时数据
			CCR1 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
			// 3. 将定时器设置为捕获下降沿
			__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim3, TIM_CHANNEL_1, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING);
			measure_cnt = 2;
		}
		// 4. 捕获到下降延
		else if (measure_cnt == 2)
		{
			// 5. 获取此时定时器计时数据
			CCR2 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
			// 6. 将定时器重新设置为捕获上升沿
			__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim3, TIM_CHANNEL_1, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
			measure_cnt = 3;
		}
		// 7. 再次捕获到上升沿，说明一个周期结束了。
		else if (measure_cnt == 3)
		{
			// 8. 获取此时定时器计时的数据
			CCR3 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
			// 9. 关闭定时器中断。
			HAL_TIM_IC_Stop_IT(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
			measure_cnt = 1;
			measure_flag = 1;
		}
	}
}

// 捕获函数
void capture(void)
{
	// diff1：高电平持续时间
	// diff2：一个周期的时间
	uint16_t diff1 = 0, diff2 = 0;
	
	uint32_t freq;	// 频率
	uint8_t duty;	// 占空比
	if (measure_flag)
	{
		measure_flag = 0;

		if (CCR1 < CCR2)
			diff1 = CCR2 - CCR1;
		else
			diff1 = 0xffff + 1 + CCR2 - CCR1;	// 设置的最多能数65535，也就是0xffff + 1

		if (CCR1 < CCR3)
			diff2 = CCR3 - CCR1;
		else
			diff2 = 0xffff + 1 + CCR3 - CCR1;
		// 每秒能数 1000000.一个周期是 diff2。
		freq = (72000000 / 72) / diff2;
		// 高电平持续时间/低电平持续时间 不让出现小数，所以*100
		duty = diff1 * 100 / diff2;
	}
	printf("freq: %d HZ,  duty: %d %% \r\n", freq, duty);
}
/* USER CODE END 1 */

在main.c中调用函数

	// 开启 PWM 输出
  	HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_2);
	// 开启定时器输入捕获中断
	HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
  while (1)
  {
		capture();
		// 延时1s
		// 在中断回调函数中关掉了，再次开启定时器3捕获中断 重新计算。
		HAL_Delay(1000);
		HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

第四步：效果验证
编译、烧录
用串口查看：
用线把 PA6和PA0 或者 PA6和PA1 连接起来，就可以查看定时器2的两个通道产生的PWM频率和占空比了（下面有几个数不对，因为手动插上的时候有抖动）。