代码收藏家技术教程 2023-09-01

STM32通用定时器简介、框图和时钟源详解（第20讲）

通用定时器

简介

定时器框图

时钟源

计数器时钟源寄存器设置方法

内部时钟(CK_INT)

外部时钟模式1（TI1\TI2）

外部时钟模式2（ETR）

内部触发输入（ITRx）

基本定时器中断实验

简介

对于STM32F407有10个通用定时器，TIM2 ~ TIM5 和 TIM9 ~ TIM14。
主要特性：

16位递增、递减、中心对齐计数器（计数值：0~65535）
16位预分频器（分频系数：1~65536）
可用于触发DAC、ADC
在更新事件、触发事件、输入捕获、输出比较时，会产生中断/DMA请求
4个独立通道，可用于：输入捕获、输出比较、输出PWM、单脉冲模式
使用外部信号控制定时器且可实现多个定时器互连的同步电路
支持编码器和霍尔传感器电路等

定时器框图

时钟源
通用定时器有4种时钟源
①内部时钟(CK_INT)
②外部时钟模式1：外部输入引脚(TIx)，x=1，2（即只能来自于通道 1 或者通道 2）
③外部时钟模式2：外部触发输入(ETR)
④内部触发时钟：使用一个定时器作为另一定时器的预分频器
控制器
控制器包括：从模式控制器、编码器接口和触发控制器（TRGO）。从模式控制器可以控制计数器复位、启动、递增/递减、计数。编码器接口针对编码器计数。触发控制器用来提供触发信号给别的外设，比如为其它定时器提供时钟或者为 DAC/ADC 的触发转换提供信号。
时基单元
时基单元包括：计数器寄存器(TIMx_CNT)、预分频器寄存器(TIMx_PSC)、自动重载寄存器(TIMx_ARR)。这部分内容和基本定时器基本一样的。
不同点是：通用定时器的计数模式有三种：递增计数模式、递减计数模式和中心对齐模式
输入捕获
一般应用是要和第⑤部分一起完成测量功能。
TIMx_CH1~ TIMx_CH4 表示定时器的 4 个通道，这 4 个通道都是可以独立工作的。IO 端口通过复用功能与这些通道相连。配置好 IO 端口的复用功能后，将需要测量的信号输入到相应的IO 端口，输入捕获部分可以对输入的信号的上升沿，下降沿或者双边沿进行捕获，常见的测量有：测量输入信号的脉冲宽度、测量 PWM 输入信号的频率和占空比等。
输入捕获和输出比较公用部分
该部分需要结合第④部分或者第⑥部分共同完成相应功能。
输出比较
一般应用是要和第⑤部分一起完成定时器输出功能。
TIMx_CH1~ TIMx_CH4 表示定时器的 4 个通道，这 4 个通道都是可以独立工作的。IO 端口通过复用功能与这些通道相连。

时钟源

计数器时钟源寄存器设置方法

内部时钟(CK_INT)

STM32F4 系列的定时器 TIM2/TIM3/TIM4/TIM5/ TIM6/TIM7/ TIM12/ TIM13/ TIM14 都是挂载在 APB1 总线上，当预分频系数≥2时，时钟频率为84Mhz，APB2 总线上挂载的通用定时器 TIM9/TIM10/TIM11，以及高级定时器 TIM1 和 TIM8，同理一般为168Mhz。

外部时钟模式1（TI1\TI2）

TI1F_ED 表示来自于 CH1，并且没有经过边沿检测器过滤的信号，所以它是 CH1 的双边沿信号，即上升沿或者下降沿都是有效的。TI1FP1 表示来自 CH1 并经过边沿检测器后的信号，可以是上升沿或者下降沿。TI2FP2 表示来自 CH2 并经过边沿检测器后的信号，可以是上升沿或者下降沿。

外部时钟模式2（ETR）

定时器时钟信号首先从 ETR 引脚进来。
接着经过外部触发极性选择器，由 ETP 位来设置上升沿有效还是下降沿有效，选择下降沿有效的话，信号会经过反相器。
然后经过外部触发预分频器，由 ETPS[1:0]位来设置预分频系数，系数范围：1、2、4、8。
紧接着经过滤波器器，由 ETF[3:0]位来设置滤波方式，也可以设置不使用滤波器。fDTS 由TIMx_CR1 寄存器的 CKD 位设置。

内部触发输入（ITRx）

内部触发输入是使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器，即实现定时器的级联。上图中表示的是TIM1作为TIM2的预分频器。
需要完成以下配置：

TIM1_CR2 寄存器的 MMS[2:0]位设置为 010，即 TIM1 的主模式选择为更新（选择更新事件作为触发输出（TRGO））。
TIM2_SMCR 寄存器的 TS[2:0]位设置为 000，即使用 ITR1 作为内部触发。TS[2:0]位用于配置触发选择，除了 ITR1，还有其他的选择。
TIM2_SMCR 寄存器的 SMS[2:0]位设置为 111，即从模式控制器选择外部时钟模式 1。
TIM1 和 TIM2 的 CEN 位都要置 1，即启动计数器。

基本定时器中断实验

实验采用通用计时器TIM3，LE0红灯200ms翻转表示程序正在进行，定时器中断中500ms翻转一次。

gtim.h

#define GTIM_TIMX_INT                       TIM3
#define GTIM_TIMX_INT_IRQn                  TIM3_IRQn
#define GTIM_TIMX_INT_IRQHandler            TIM3_IRQHandler
#define GTIM_TIMX_INT_CLK_ENABLE()          do{ __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE(); }while(0)  /* TIM3 时钟使能 */

/****************************************************************************************************/

void gtim_timx_int_init(uint16_t arr, uint16_t psc);        /* 通用定时器 定时中断初始化函数 */

gtim.c

/* 定时器配置句柄 定义 */
TIM_HandleTypeDef g_timx_handle; /* 定时器x句柄 */

/**
 * @brief       通用定时器TIMX定时中断初始化函数
 * @note
 *              通用定时器的时钟来自APB1,当PPRE1 ≥ 2分频的时候
 *              通用定时器的时钟为APB1时钟的2倍, 而APB1为42M, 所以定时器时钟 = 84Mhz
 *              定时器溢出时间计算方法: Tout = ((arr + 1) * (psc + 1)) / Ft us.
 *              Ft=定时器工作频率,单位:Mhz
 *
 * @param       arr: 自动重装值
 * @param       psc: 预分频系数
 * @retval      无
 */
void gtim_timx_int_init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
    GTIM_TIMX_INT_CLK_ENABLE();                             /* 使能TIMx时钟 */

    g_timx_handle.Instance = GTIM_TIMX_INT;                 /* 通用定时器x */
    g_timx_handle.Init.Prescaler = psc;                     /* 预分频系数 */
    g_timx_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;    /* 递增计数模式 */
    g_timx_handle.Init.Period = arr;                        /* 自动装载值 */
    HAL_TIM_Base_Init(&g_timx_handle);
    
    HAL_NVIC_SetPriority(GTIM_TIMX_INT_IRQn, 1, 3);         /* 设置中断优先级，抢占优先级1，子优先级3 */
    HAL_NVIC_EnableIRQ(GTIM_TIMX_INT_IRQn);                 /* 开启ITMx中断 */

    HAL_TIM_Base_Start_IT(&g_timx_handle);                  /* 使能定时器x和定时器x更新中断 */
}

/**
 * @brief       定时器中断服务函数
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void GTIM_TIMX_INT_IRQHandler(void)
{
    /* 以下代码没有使用定时器HAL库共用处理函数来处理，而是直接通过判断中断标志位的方式 */
    if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&g_timx_handle, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET)
    {
        LED1_TOGGLE();
        __HAL_TIM_CLEAR_IT(&g_timx_handle, TIM_IT_UPDATE);  /* 清除定时器溢出中断标志位 */
    }
}

main.c

int main(void)
{    
    HAL_Init();                             /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7);     /* 设置时钟,168Mhz */
    delay_init(168);                        /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                     /* 串口初始化为115200 */
    led_init();                             /* 初始化LED */
    gtim_timx_int_init(5000 - 1, 8400 - 1); /* 84 000 000 / 84 00 = 10 000 10Khz的计数频率，计数5K次为500ms */
    
    while(1)
    {
        LED0_TOGGLE();                      /* LED0(红灯) 翻转 */
        delay_ms(200);
    }
}