代码收藏家 嵌入式学习：STM32F103定时中断和外部时钟详解
TIM目录
定时器四部分讲解内容，本文是第一部分
1、定时器基本定时，定一个时间，然后让定时器每隔一段时间产生一个中断，来实现每隔一个固定时间执行一段程序的目的，比如要做一个时钟、秒表或者使用一些程序算法
2、定时器输出比较的功能，输出比较这个模块最常见的用途是产生PWM波形，用于驱动电机等设备，使用stm32的PWM波形来驱动舵机和直流电机的例子
3、定时器输入捕获的功能，学习使用输入捕获这个模块来测量方波频率的例子
4、定时器的编码器接口，使用这个编码器接口，能够更加方便地读取正交编码器的输出波形，在编码电机测速中，应用广泛
TIM简介
72M/65536/65536得到中断频率，取倒数就是59.65s
级联，一个定时器的输出，当作另外一个定时器的输入，最大时间达到59.65s * 65536 * 65536
高级定时器连接的是性能更高的APB2总线，通用定时器和基本定时器连接的是APB1总线，在RCC开启时钟时注意。
高级定时器具有重复计数器、死区生成、互补输出、刹车输入等功能主要是为了三相无刷电机的驱动设计的。
高级到低级向下兼容
C8T6只有1个高级定时器和3个通用定时器
基本定时器
时基单元：预分频器、计数器、自动重装载寄存器
预分频器之前，连接的就是基准计数时钟的输入，由于基本定时器只能选择内部时钟，所以可以认为这根线直接到输入端这里，也就是内部时钟CK_INT，内部时钟来源是RCC_TIMxCLK，频率值一般都是系统的主频72MHZ。
如果预分频器写1，那就是2分频，输出频率=输入频率/2=36MHZ
如果预分频器写2，那就是3分频，输出频率=输入频率/3=24MHZ
预分频器的值和实际的分频系数相差1，即实际分频系数=预分频器的值+1，这个预分频器的值是16位，所以最大值可以写65535，也就是65536分频。预分频器就是对输入的基准频率提前进行一个分频的操作。
计数时钟每来一个上升沿，计数器的值就加1，计数器是16位，所以里面的值可以从0一直加到65535.如果再加的话，计数器就会回到0重新开始。所以计数器的值在计时过程中会不断自增运行，当自增运行到目标值时，产生中断，那就完成了定时的任务。
自动重装载寄存器：存储目标值的寄存器。在运行的过程中，计数值不断自增，自动重装值是固定的目标，当计数值等于自动重装值时，也就是计时时间到了。那他会产生一个中断信号，并且清零计数器。计数器自动开始下一次的计数计时。
UI折线箭头代表这里会产生中断信号，像这种计数值等于自动重装值产生的中断，称为更新中断，这个更新中断之后，就会通往NVIC，我们再配置好NVIC的定时器通道，那么定时器的更新中断就能够得到CPU的响应。
U向下箭头表示更新事件，更新事件不会触发中断，但可以触发内部其他电路的工作。
主从触发
它能让内部的硬件在不受程序的控制下实现自动运行。主模式触发DAC有啥用？
在我们使用DAC时，可能会用DAC输出一段波形，那就需要每隔一段时间来触发一次DAC，让它输出下一个电压点。正常思路，先设置一个定时器产生中断，每隔一段时间在中断程序中调用代码手动触发一次DAC转换，然后DAC输出，缺点：这样会使主程序处于频繁被中断的状态，这回影响主程序的运行和其他中断的响应。
所以定时器就设计了一个主模式，使用主模式可以把这个定时器的更新事件映射到这个触发输出TRGO（trigger out）的位置，然后TRGO直接接到DAC的触发转换引脚上。这样，定时器的更新就不需要再通过触发中断来触发DAC转换。无需软件参与，实现硬件自动化
通用定时器
通用定时器和高级定时器支持3种计数模式，向上计数、向下计数和中央对齐这三种模式。
内外时钟源选择和主从触发模式结构
对于基本定时器而言，定时只能选择内部时钟，也就是系统频率72MHZ，
对于通用定时器而言，定时还可以选择外部时钟，第一个外部时钟来自TIMx_ETR引脚的外部时钟。
TIMx_ETR是一个定时器的输入端口，可以用来接收外部的时钟信号。在其引脚接上一个外部方波时钟。然后配置一下内部的极性选择、边沿检测和预分频器电路，再配置输入滤波电路，这些电路可以对外部时钟进行一定的整型，因为外部引脚时钟，难免有毛刺，这些电路可对输入的波形进行滤波。
滤波后的信号兵分两路
上面一路ETRF进入触发控制器，可以选择作为时基单元的时钟。如果要在ETR外部引脚提供时钟或者相对ETR时钟进行计数，把这个定时器当作计数器来用，可配置以下一路的电路，stm32中称为==“外部时钟模式2”==
除了ETRF可以提供时钟，TRGI还可以提供时钟，主要用作触发输入来使用的。
触发输入作为外部时钟来使用，称为“外部时钟模式1”
通过TRGI有5通路
TRGO可以通向其他定时器，而通向其他定时器的时候，就可以接到其他定时器的ITR引脚上，通过这一路就可以实现定时器级联。
总结
外部时钟模式1的输入可以是ETR引脚，其他定时器，CH1引脚的边沿、CH1引脚和CH2引脚。
一般情况下，外部时钟通过ETR引脚即可
对于时钟输入而言，最常用的还是内部的72MHZ的时钟，如果要使用外部时钟，首选ETR引脚外部时钟模式2的输入。，这一路最简单最直接
定时器的编码器接口，可以读取正交编码器的输出波形
定时器的主模式输出，可以把内部的一些事件映射到这个TRGO引脚上，比如基本定时器分析中，将更新事件映射到TRGO，用于触发其他定时器、DAC或ADC。
右边：输出比较电路，总共有4个通道，可以用于输出PWM波形，驱动电机
左边：输入捕获电路，总共四个通道，可以用于测量输入方波的频率、占空比等
中间寄存器：捕获/比较寄存器，是输入捕获和输出比较电路公用的，因为输入捕获和输出比较不能同时使用，因此寄存器机器引脚是公用的。
通用定时器与高级定时器的区别
第一个：申请中断的地方，增加了一个重复次数计数器，有了这个计数器之后，就可以实现每隔几个计数周期，才发生一次更新事件和更新中断。原来的结构是每个计数周期完成后都会发生更新。相当于对输出的更新信号又做了一次分频。
以下是高级定时器对输出比较模块的升级
DTG是死区生成电路，右边的输出引脚由原来的一个变为两个互补的输出，可以输出一对互补的PWM波。为了驱动三相无刷电机
刹车输入：给电机驱动提供安全保障，如果外部引脚BKIN产生了刹车信号，或者内部时钟失效，产生了故障，那么控制电路就会自动切断电机的输出，防止以外的发生。
定时中断基本结构图
定时中断和内外时钟源选择
运行控制：就是控制寄存器的一些位，比如启动停止、向上或向下计数等，操作这些寄存器，就能控制时基单元的运行。
左边：为时基单元提供时钟的部分.
第一个定时中断使用RCC的内部时钟
第二个定时器外部时钟就是用外部时钟模式2
右边：计时时间到，产生更新中断后信号的去向（如果高级定时器，还会有一个重复计数器）
中断信号会先在状态寄存器里置一个中断标志位，这个标志位会通过中断输出控制，到NVIC申请中断。中断输出控制就是一个中断输出的允许位，如果需要某个中断，就记得允许一下。
时序
预分频器时序
缓冲寄存器（影子寄存器）真正起作用的寄存器，比如我们在某一时刻，把预分频寄存器由0改为1，如果在此时立刻改变时钟的分频系数，
那么就会导致这里，在一个计数周期内，前半部分和后半部分的频率不一样。这里计数计到一半，计数频率突然改变，而缓冲寄存器，当计数计到一半的时候改变了分频值，这个变化并不会立刻生效，而是会等到本次计数周期结束时产生更新事件，预分频寄存器的值才会被传递到缓冲寄存器里面，才会生效。
因此，可以看到，即使在计数中途改变了预分频值，技术频率仍然会保持原来的频率，直到本轮计数完成，在下一轮计数时，改变后的分频值才会起作用。
计数器时序
内部时钟分频因子为2，就是分频系数为2，第一行是内部时钟72MHZ，第二行是时钟使能，高电平启动，第三行是计数器时钟，因为分频系数为2，所以这个频率是内部时钟除2，然后计数器在计数器时钟每个上升沿自增，当增加到0036的时候，发生溢出，那再来一个上升沿，计数器清零，计数器溢出，产生一个更新事件脉冲，另外还会置一个更新中断标志位UIF，该标志位置1，就回去申请中断，然后中断响应后，需要在中断程序中手动清零。
引入影子寄存器的目的实际上是为了同步，就是让值的变化和更新事件同步发生，防止在运行中途更改造成错误。
下图，在计数的中途，突然把F5改为36，影子寄存器是真正起作用的。它在自动加载寄存器改变后，还是F5，所以现在计数的目标还是计算到F5，产生更新事件，同时要更改的36才被传递到影子寄存器里，在下一个计数周期36才会有效。
RCC时钟树
RCC时钟树是stm32用来产生和配置时钟，并且把配置好的时钟发送到各个外设的系统，时钟是所有外设运行的基础，所以时钟是最先需要配置的东西。
中间：SYSCLK是系统时钟72MHZ。在时钟产生电路，有四个震荡源，分别是内部的8MHZ高速RC振荡器，外部的4-16MHZ高速石英晶体振荡器，即晶振，一般是8MHZ，外部的32.768KHZ低速晶振，一般是给RTC提供时钟的，最后是内部的40KHZ低速RC振荡器，这个可以给看门狗提供时钟。
高速晶振是用来提供系统时钟，如提供给AHB APB2 APB1总线
外部的石英振荡器比内部的RC振荡器更加稳定，因此一般用外部晶振，如果系统很简单，不需要精确的时钟，可选择内部时钟
ST配置流程
在SystemInit函数里，ST配置时钟，首先它会启动内部时钟，选择内部8MHZ为系统时钟，暂时以内部8MHZ的时钟运行，然后再启动外部时钟，进入PLL锁相环进行倍频，8MHZ倍频9倍，得到72MHZ，等到锁相环输出稳定后，选择锁相环输出为系统时钟，这样就把系统时钟由8MHZ切换到72MHZ。
CSS：安全保障
无论高级、通用还是基本定时器，它们的内部基准时钟都是72MHZ
控制位“外部时钟使能”–>RCC_APB2/1PeriphClockCmd
打开时钟，就是在这个位置写1，让左边的时钟能够通过与门输出给外设。
代码部分
程序现象
1、使用定时中断的功能，定时器使用内部时钟定了1秒的时间，每隔1秒申请一下中断，然后在中断函数里执行Num++，最后在OLED上显示Num
2、定时器外部时钟，使用外部时钟驱动定时器，在定时器指定的外部引脚上，输入一个方波信号，来提供定时器计数的时钟，目前用对射式红外传感器来手动模拟一个外部时钟，用挡光片一次遮挡、移开、遮挡、移开提供一个方波。OLED上的CNT就是定时器中计数器的值，每遮挡移开一次，计数器加1，然后计数器计到9后自动清零。同时申请中断，执行Num++。
定时中断
接线图
步骤
第一步：RCC开启时钟，定时器的基准时钟和整个外设的工作时钟就都会同时打开
第二步: 选择时基单元的时钟源，对于定时中断，我们选择内部时钟源
第三步：配置时基单元，包括预分频器、自动重装器、计数模式等等
第四步：配置输出中断控制，允许更新中断输出到NVIC
第五步：配置NVIC，在NVIC中打开定时器中断的通道，并分配一个优先级
第六步：运行控制
第七步：使能计数器
最后：当计数器更新时，触发中断，写一个定时器中断函数
定时1s，即定时频率为1HZ
相当于1 = 72MHz/(PSC + 1) /(ARR + 1)，PSC=7200，ARR=10000
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000 - 1; //ARR的值
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1; //PSC的值，对72M进行7200分频，得到10K的计数频率，在10K的频率下，计算10000个数，就是1s的时间。
在当前工程搜索中断源
在启动文件找定时器2的中断服务函数
Timer.c
#include "stm32f10x.h"
#include "Timer.h"
//如果你想跨文件使用变量，可以在使用变量的那个文件的上面，用extern声明一下要用的变量
extern uint16_t Num;
//初始化定时器
void Timer_Init(void)
{
//开启RCC内部时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
//选择时基单元的时钟（定时器上电后默认就是使用内部时钟）
TIM_InternalClockConfig(TIM2);
//配置时基单元
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000 - 1; //ARR的值
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1; //PSC的值
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; //重复计数器的值
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
//本质：在调用中断前，中断状态寄存器不能有标志位
//避免刚一上电就立刻进入中断，在TimeBaseInit的后面和中断的前面（手动清除中断标志位）
TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
//使能更新中断，开启了更新中断到NVIC的通路
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE); //TIM_IT_Update Update更新中断
//NVIC配置
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn ; //定时器2在NVIC的通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
//最后NVIC_Init
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
//启动定时器，此时定时器开始工作，当产生更新时，就会触发中断
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
//当定时器产生更新中断时，这个函数就会自动被执行
void TIM2_IRQHandler(void)
{
//检查中断标志位,TIM_FLAG_Update为想看的中断标志位
if(TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update)== SET)
{
//清除相应的标志位
TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_FLAG_Update);
Num++;
}
}
Timer.h
#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H
void Timer_Init(void);
#endif /*__TIMER_H*/
main.c
在main函数里，中断函数每秒自动把Num++，然后在主循环里显示。
预分频值和自动重装值对中断频率的影响
如果把自动重装值改为1000，那么由原来计10000个数变成了1000个数
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Timer.h"
//定义全局变量Num，Num要在中断函数里执行++
uint16_t Num;
int main(void)
{
OLED_Init();
//初始化定时器,此时定时器开始工作
Timer_Init();
OLED_ShowChar(1, 1, 'A');
OLED_ShowString(1, 3, "HelloWorld!");
while (1)
{
OLED_ShowNum(1,5,Num,5);
}
}
外部时钟
接线图
对射式红外传感器，DO数字输出接到PA0引脚，这个PA0引脚就是TIM2的ETR引脚，我们在这个引脚输入一个外部时钟。
滤波器：以一个采样频率f采样N个点，如果N个点都一样，才会输出有效。
引脚需要用到GPIO，在配置时基单元之前还要先配置GPIO
上拉电阻防止跳动
基本任务还是定时中断，但我们不选用内部时钟，我们使用ETR外部时钟模式2
TIM_ETRClockModelConfig通过ETR引脚的外部时钟模式2配置
什么时候需要用到浮空输入呢？
如果外部的输入信号功率很小，内部的上拉电阻可能会影响到这个输入信号，这时就可以用浮空输入，放置影响外部输入的电平。
Timer.c
#include "stm32f10x.h"
#include "Timer.h"
//如果你想跨文件使用变量，可以在使用变量的那个文件的上面，用extern声明一下要用的变量
extern uint16_t Num;
//初始化定时器
void Timer_Init(void)
{
//开启RCC内部时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
/* 初始化GPIO*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
//引脚要用到GPIO，因此在配置外部时钟模式2前要先配置GPIO
//选择时基单元的时钟，不使用内部时钟源，通过ETR引脚的外部时钟模式2配置，不需要分频，不用滤波器
TIM_ETRClockMode2Config(TIM2, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted, 0X00);
//配置时基单元
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10 - 1; //ARR的值
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1; //PSC的值
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; //重复计数器的值
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
//本质：在调用中断前，中断状态寄存器不能有标志位
//避免刚一上电就立刻进入中断，在TimeBaseInit的后面和中断的前面（手动清除中断标志位）
TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
//使能更新中断，开启了更新中断到NVIC的通路
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE); //TIM_IT_Update Update更新中断
//NVIC配置
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn ; //定时器2在NVIC的通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
//最后NVIC_Init
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
//启动定时器，此时定时器开始工作，当产生更新时，就会触发中断
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
//实时查看CNT的计数器的值
uint16_t Timer_GetCounter(void)
{
return TIM_GetCounter(TIM2);
}
//当定时器产生更新中断时，这个函数就会自动被执行
void TIM2_IRQHandler(void)
{
//检查中断标志位,TIM_FLAG_Update为想看的中断标志位
if(TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update)== SET)
{
//清除相应的标志位
TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_FLAG_Update);
Num++;
}
}
Timer.h
#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H
void Timer_Init(void);
uint16_t Timer_GetCounter(void); //获取计数值
#endif /*__TIMER_H*/
main.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Timer.h"
uint16_t Num;
int main(void)
{
OLED_Init();
//初始化定时器,此时定时器开始工作
Timer_Init();
OLED_ShowString(1, 1, "Num:");
OLED_ShowString(2, 1, "CNT:");
while (1)
{
OLED_ShowNum(1,5,Num,5);
OLED_ShowNum(1,5,Timer_GetCounter(),5);
}
}
