代码收藏家 STM32 HAL库开发入门篇（2）：定时器详解
目录
使用正点原子stm32f103精英版
一、TIMER定时器概述
1.1 软件定时原理
软件延时过程中，程序就进入延时函数中，无法执行其他程序
下图的72，是因为f103的主频是72MHz，这样调用延时肯定是不精准的
1.2 定时器定时原理
1.3 STM32定时器分类
实时时钟就是 RTC
1.4 STM32定时器特性表
1.5 STM32基本、通用、高级定时器功能整体的区别
二、基本定时器
2.1 基本定时器简介
基本定时器的时钟来源只能是内部时钟
通过程序的方式无法直接访问影子寄存器，但可以通过写入arr自动重载寄存器，它再转移到影子寄存器生效，此时ARR寄存器就起到一个缓冲或缓存的作用
事件是默认产生；中断和DMA输出是默认不产生，但可以配置产生
ARPE位的作用：设置有缓冲作用后，ARR的值要等事件发生后写入影子寄存器；设置没有缓冲作用的话，ARR的值就马上转移到影子寄存器中生效
虽然最大总线的最大时钟频率是72、36MHz，但定时器的最大时钟频率不一定有这么大
可以看到例程中 APB2 预分频系数是1，所以最大还是72MHz
APB1 预分频系数是2，APB1时钟是从AHB 2分频过来的，所以APB1给到定时器的时钟要乘2，定时器时钟就也是72Mhz了
2.3 STM32定时器计数模式及溢出条件
2.4 定时器中断实验相关寄存器
如一个例子，控制led亮1s，灭2s
（1）当没有缓冲时，假设先设置arr=99，1s后更新灭，然后重新写入arr=199灭2s，这其中写arr的值也需要时间
（2）而有缓冲时，假设先设置arr=99，1s后更新灭，然后在这1s内写入arr=199，此时因为有缓冲所以arr的值不会立即写入要等更新后写入，所以就节省了写入arr值的时间，减小了误差
2.5 定时器溢出时间计算方法
ARR也是同理，寄存器最小值为0，我从0数到3，你不能说我就数了3个数吧，当然是3+1=4个数
2.6 定时器中断实验配置步骤
基地址：
基本定时器技术模式固定递增，无分频因子
重复计数器寄存器只有高级定时器才有
自动重载预装载使能就是CR1寄存器的位7：APRE
基本定时器只有更新中断
2.7 编程实战：定时器中断实验
更新中断产生的方式：
（1）定时器溢出时伴随更新时间和更新中断的产生
（2）通过软件设置UG位产生软件的更新时间从而产生更新中断
这里使用定时器溢出的方式
#include "./BSP/TIMER/timer.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
TIM_HandleTypeDef g_timx_handle;
/* 定时器中断初始化函数 */
void btim_timx_int_init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
g_timx_handle.Instance = TIM6;
g_timx_handle.Init.Prescaler = psc;
g_timx_handle.Init.Period = arr;
HAL_TIM_Base_Init(&g_timx_handle);
HAL_TIM_Base_Start_IT(&g_timx_handle);
}
/* 定时器基础MSP初始化函数 */
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim->Instance == TIM6)
{
__HAL_RCC_TIM6_CLK_ENABLE();
HAL_NVIC_SetPriority(TIM6_IRQn, 2, 3);
HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM6_IRQn);
}
}
/* 定时器6中断服务函数 */
void TIM6_IRQHandler()
{
HAL_TIM_IRQHandler(&g_timx_handle);
}
/* 定时器溢出中断回调函数 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim->Instance == TIM6) /* 判断是定时器6，否则多个定时器进来会混乱 */
{
LED0_TOGGLE();
}
}
三、通用定时器
3.1 通用定时器简介
通用定时器时钟来自RCC内部时钟，有4类：
（1）APB总线上的时钟
（2）ITR0-4内部触发输入时钟部分
（3）可以复用为ETR引脚的IO口
（4）定时器的通道1、通道2
如：
3.2 通用定时器框图
3.3 计数器时钟源
3.3.1 外部时钟模式1
TI1_ED 来自通道1，双边沿
TI1FP1、TI2FP2来自通道1、2，单边沿
3.3.2 外部时钟模式2
3.3.3 内部触发输入
只有通用和高级定时器才可以参与
3.4 通用定时器PWM输出实验
3.4.1 通用定时器输出比较部分框图
3.4.2 通用定时器输出PWM原理
3.4.3 PWM模式
3.4.4 通用定时器PWM输出实验配置步骤
3.4.5 编程实战：通用定时器PWM输出实验
#include "./BSP/TIMER/gtim.h"
TIM_HandleTypeDef g_timx_pwm_chy_handle;
/* 通用定时器PWM输出初始化函数 */
void gtim_timx_pwm_chy_init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
TIM_OC_InitTypeDef timx_oc_pwm_chy;
g_timx_pwm_chy_handle.Instance = TIM3;
g_timx_pwm_chy_handle.Init.Prescaler = psc;
g_timx_pwm_chy_handle.Init.Period = arr;
g_timx_pwm_chy_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; // 计数模式
HAL_TIM_PWM_Init(&g_timx_pwm_chy_handle);
timx_oc_pwm_chy.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
timx_oc_pwm_chy.Pulse = arr / 2; // 比较值，就是CCRx的值
timx_oc_pwm_chy.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_LOW; // 输出极性为低，低电平有效
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&g_timx_pwm_chy_handle, &timx_oc_pwm_chy, TIM_CHANNEL_2);
HAL_TIM_PWM_Start(&g_timx_pwm_chy_handle, TIM_CHANNEL_2);
}
/* 定时器输出PWM MSP初始化函数 */
void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim->Instance == TIM3)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); /* LED0时钟使能 */
__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE(); /* LED1时钟使能 */
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_5; /* LED0引脚 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; /* 复用推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* 高速 */
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &gpio_init_struct); /* 初始化LED0引脚 */
/* 重映射 */
__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();
__HAL_AFIO_REMAP_TIM3_PARTIAL();
}
}
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/TIMER/gtim.h"
extern TIM_HandleTypeDef g_timx_pwm_chy_handle;
int main(void)
{
uint16_t ledpwm = 0;
uint8_t dir = 1;
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟,72M */
delay_init(72); /* 初始化延时函数 */
led_init(); /* 初始化LED */
usart_init(115200);
gtim_timx_pwm_chy_init(499, 71); // 2KHz
while(1)
{
delay_ms(10);
if(dir) ledpwm++;
else ledpwm--;
if(ledpwm > 300) dir = 0;
if(ledpwm == 0) dir = 1;
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&g_timx_pwm_chy_handle, TIM_CHANNEL_2, ledpwm);
}
}
3.5 通用定时器输入捕获实验
3.5.1 通用定时器输入捕获部分框图
只要 CC1S 不是00就是输入模式
CCR1读操作完成后，影子寄存器的值才会被转移到预装载寄存器中
3.5.2 通用定时器输入捕获脉宽测量原理
t1 处产生一个捕获事件，将计数器的计数值转移到CCR1中 ，此时将计数器的值清零，将上升沿检测改为下降沿检测，
输入捕获分频系数：捕获几个上升沿触发
Polarity
Selection
Prescaler
Filter
3.5.4 编程实战：通用定时器输入捕获实验
72Mhz / 72 =1MHz 就是1us（1微秒）计数一次
#include "./BSP/TIMER/gtim.h"
TIM_HandleTypeDef g_timx_cap_chy_handle;
void gtim_timx_cap_chy_init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
TIM_IC_InitTypeDef timx_ic_cap_chy = {0}; /* 初始化结构体变量建议给个初值0 */
g_timx_cap_chy_handle.Instance = TIM5; /* 定时器5 */
g_timx_cap_chy_handle.Init.Prescaler = psc; /* 定时器分频 */
g_timx_cap_chy_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; /* 递增计数模式 */
g_timx_cap_chy_handle.Init.Period = arr; /* 自动重装载值 */
HAL_TIM_IC_Init(&g_timx_cap_chy_handle);
timx_ic_cap_chy.ICPolarity = TIM_ICPOLARITY_RISING; /* 上升沿捕获 */
timx_ic_cap_chy.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI; /* 映射到TI1 */
timx_ic_cap_chy.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; /* 配置输入分频 */
timx_ic_cap_chy.ICFilter = 0; /* 配置输入滤波器 */
HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&g_timx_cap_chy_handle, &timx_ic_cap_chy, TIM_CHANNEL_1);
__HAL_TIM_ENABLE_IT(&g_timx_cap_chy_handle, TIM_IT_UPDATE); /* 使能更新中断 */
HAL_TIM_IC_Start_IT(&g_timx_cap_chy_handle, TIM_CHANNEL_1); /* 开始捕获TIM5的通道1，捕获中断使能 */
}
void HAL_TIM_IC_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim->Instance == TIM5)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
__HAL_RCC_TIM5_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_0;
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; // 复用功能是可以读取io的电平情况的,输出也能读值
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
HAL_NVIC_SetPriority(TIM5_IRQn, 1, 3);
HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM5_IRQn);
}
}
/* 输入捕获状态（g_timxchy_cap_sta）
* [7] ：0，没有成功的捕获；1，成功捕获1次
* [6] ：0，还没捕获到高电平；1，已经捕获到高电平
* [5:0]：捕获高电平后溢出的次数，最多溢出63次，所以最长捕获值 = 63*65536 + 65535 = 4194303
* 注意：为了通用，我们默认ARR和CCRy都是16位寄存器，对于32位的定时器（如TIM5），也只按16位计算
* F1系列定时器都是16位，把g_timxchy_cap_sta定义为uint16_t，还可以测的时间更长
* 按1us的计数频率，最长溢时间为：4194303 us，约4.19s
*
* 说明一下：正常32位的定时器来说，1us计数器加1，溢出时间为4294秒，2^32 = 4294967296
*
*/
uint8_t g_timxchy_cap_sta = 0; /* 输入捕获状态 */
uint16_t g_timxchy_cap_val = 0; /* 输入捕获值 */
/* 定时器5中断服务函数 */
void TIM5_IRQHandler(void)
{
HAL_TIM_IRQHandler(&g_timx_cap_chy_handle);
}
/* 定时器输入捕获中断回调函数 */
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim->Instance == TIM5)
{
if((g_timxchy_cap_sta & 0x80) == 0) // 还没有成功捕获
{
if(g_timxchy_cap_sta & 0x40) // 捕获下降沿
{
g_timxchy_cap_sta |= 0x80; // 标记捕获到一次高电平
g_timxchy_cap_val = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&g_timx_cap_chy_handle, TIM_CHANNEL_1);
TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&g_timx_cap_chy_handle, TIM_CHANNEL_1); // 清除原来的设置
TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&g_timx_cap_chy_handle, TIM_CHANNEL_1, TIM_ICPOLARITY_RISING);// 开启新一次捕获上升沿
}
else /* 还未开始，第一次捕获上升沿 */
{
g_timxchy_cap_sta = 0;
g_timxchy_cap_val = 0;
g_timxchy_cap_sta |= 0x40; // 标记捕获到了上升沿
__HAL_TIM_DISABLE(&g_timx_cap_chy_handle); // 关闭定时器5
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&g_timx_cap_chy_handle, 0); // 定时器5计数器清零
TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&g_timx_cap_chy_handle, TIM_CHANNEL_1);// 清除原来的设置
TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&g_timx_cap_chy_handle, TIM_CHANNEL_1, TIM_ICPOLARITY_FALLING); // 捕获下降沿
__HAL_TIM_ENABLE(&g_timx_cap_chy_handle); // 使能定时器5
}
}
}
}
/* 定时器更新中断回调函数 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim->Instance == TIM5)
{
if((g_timxchy_cap_sta & 0x80) == 0) // 还没有成功捕获
{
if(g_timxchy_cap_sta & 0x40) // 捕获下降沿
{
if((g_timxchy_cap_sta & 0x3F) == 0x3F) /* 高电平太长了 */
{
TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&g_timx_cap_chy_handle, TIM_CHANNEL_1);// 清除原来的设置
TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&g_timx_cap_chy_handle, TIM_CHANNEL_1, TIM_ICPOLARITY_RISING); // 设置捕获上升沿
g_timxchy_cap_sta |= 0X80;
g_timxchy_cap_val = 0XFFFF;
}
else /* 累计定时器溢出次数 */
{
g_timxchy_cap_sta++;
}
}
}
}
}
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/TIMER/gtim.h"
extern uint8_t g_timxchy_cap_sta; /* 输入捕获状态 */
extern uint16_t g_timxchy_cap_val; /* 输入捕获值 */
int main(void)
{
uint32_t temp = 0;
uint8_t t = 0;
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟,72M */
delay_init(72); /* 初始化延时函数 */
led_init(); /* 初始化LED */
usart_init(115200);
gtim_timx_cap_chy_init(65535, 71);
while(1)
{
if(g_timxchy_cap_sta & 0x80) // 还没有成功捕获
{
temp = g_timxchy_cap_sta & 0x3F;
temp *= 65536; /* 溢出时间总和 */
temp += g_timxchy_cap_val; /* 总的高电平时间 */
printf("HIGH:%d us\r\n", temp);
g_timxchy_cap_sta = 0; /* 开启下一次捕获 */
}
t++;
if(t > 20) /* 200ms进入一次 */
{
t = 0;
LED0_TOGGLE(); /* LED0闪烁，提是程序在运行 */
}
delay_ms(10);
}
}
3.6 通用定时器脉冲计数实验
4个时钟源：（1）内部时钟；（2）外部触发1：由CH1、CH2；（3）外部触发2：由IO的ETR；（4）内部触发输入：一般用于级联
3.6.1 脉冲计数实验原理
3.6.2 通用定时器脉冲计数实验配置步骤
SlaveMode：
（1）DISABLE：不使用从模式就是使用内部时钟
（2）RESET：复位
（3）GATED：门电路
（4）TRIGGER：触发模式
（5）EXTERNAL1：外部时钟模式1
触发源：
边沿检测器：
边沿检测器有2个， 上2个是上面的检测器，下3个是下面的检测器
BOTHEDGE用处暂不明
分频器：
外2会用到分频器，外1没用到
滤波器：
滤波器外1和外2都用到了，实验里没用
3.6.3 编程实战：通用定时器脉冲计数实验
#include "./BSP/TIMER/gtim.h"
TIM_HandleTypeDef g_timx_cap_chy_handle;
void gtim_timx_cap_chy_init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
TIM_SlaveConfigTypeDef tim_slave_config = {0};
g_timx_cap_chy_handle.Instance = TIM2; /* 定时器5 */
g_timx_cap_chy_handle.Init.Prescaler = psc; /* 定时器分频 */
g_timx_cap_chy_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; /* 递增计数模式 */
g_timx_cap_chy_handle.Init.Period = arr; /* 自动重装载值 */
HAL_TIM_IC_Init(&g_timx_cap_chy_handle);
tim_slave_config.SlaveMode = TIM_SLAVEMODE_EXTERNAL1;
tim_slave_config.InputTrigger = TIM_TS_TI1FP1;
tim_slave_config.TriggerPolarity = TIM_TRIGGERPOLARITY_RISING;
tim_slave_config.TriggerFilter = 0;
HAL_TIM_SlaveConfigSynchro(&g_timx_cap_chy_handle, &tim_slave_config);
HAL_TIM_IC_Start(&g_timx_cap_chy_handle, TIM_CHANNEL_1);
}
void HAL_TIM_IC_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim->Instance == TIM2)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_0;
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; // 复用功能是可以读取io的电平情况的,输出也能读值
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 输入可以不设置速度
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
}
}
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/TIMER/gtim.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
extern TIM_HandleTypeDef g_timx_cap_chy_handle;
int main(void)
{
uint16_t curcnt;
uint16_t oldcnt;
uint8_t key;
uint8_t t = 0;
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟,72M */
delay_init(72); /* 初始化延时函数 */
led_init(); /* 初始化LED */
usart_init(115200);
gtim_timx_cap_chy_init(65535, 0);
key_init();
while(1)
{
key = key_scan(0);
if(key == KEY0_PRES)
{
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&g_timx_cap_chy_handle, 0);
}
curcnt = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&g_timx_cap_chy_handle);
if(oldcnt != curcnt)
{
oldcnt = curcnt;
printf("CNT:%d\r\n", oldcnt);
}
t ++;
if(t > 20)
{
t = 0;
LED0_TOGGLE();
}
delay_ms(10);
}
}
此时定时器计数cnt == arr 的时候会溢出，因为设置了 arr = 65535，所以最大计数值即最大捕获数量就是 65535，如果要增大计数量，可以添加定时器更新中断
四、高级定时器
4.1 高级定时器简介
重复计数器，对REP寄存器写一个值，每次溢出就减1，指导减为0后，就产生更新事件
4.2 高级定时器框图
通道1、2、3都有CHxN就是互补通道
4.3 高级定时器输出指定个数PWM实验
4.3.1 重复计数器特性
再同步就是软件手动产生更新事件后，RCR寄存器的值会再缓冲到它的影子寄存器中，影子寄存器就被重置了
4.3.2 高级定时器输出指定个数PWM个数
p105 5：43
