代码收藏家 简明易懂解析STM32定时器的工作原理
前言
定时器是嵌入式开发中极其重要的一员，它可以分为软件定时器和硬件定时器。
软件定时器很不精准，通过循环语句粗略的去计算延时的时间，对时序要求较高的场景是完全不适用的；
硬件定时器在stm32中种类也是比较多的，基本定时器、通用定时器、高级定时器、低功耗定时器等，它们的基本特性相差无几，更多的是应用场景的不一样，例如高级定时器特性会更好一点（带可编程死区的互补输出、输出通道数更多等），意味着它的应用场景更高级，低功耗定时器功耗更低，可以在除待机模式以外的所有电源模式下保持运行，即使没有内部时钟源也可以运行。根据自己的需求去选择合适的定时器，这里仅对通用定时器进行讲解。
1. 通用定时器特性
① 16 /32位递增、递减和递增/递减自动重载计数器（递增、递减只是计数方式而已，往ARR寄存器中写入计数值，为空时计数器不工作）；
② 16 位可编程预分频器，用于对计数器时钟频率进行分频（可在运行时修改），分频系数介于 1 到 65535 之间；
③ 独立通道可用于：输入捕获/PWM 生成/输出比较/单脉冲模式输出等；
④ 发生如下事件时生成中断/DMA 请求：（有些定时器不具备DMA请求）
更新：计数器上溢/下溢、计数器初始化；
触发事件（计数器启动、停止、初始化或通过内部/外部触发计数）；
输入捕获；
输出比较；
⑤ 触发输入作为外部时钟（可以作为其它定时器的外部时钟源）；
2. 定时器框图
查看手册可以知道各个定时器挂载在哪条总线下（APB1/APB2）。
需要注意的是，定时器挂载在APB1总线上时，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，否则定时器 TIMx的时钟是 APB1时钟的 2倍；挂载在APB2的定时器时钟就等同于APB2时钟。
通过TIMx_SMCR寄存器的相关位来设置具体选择哪个时钟源。通常不需要去配置，直接使用内部时钟源即可。
位 2:0 SMS：从模式选择 (Slave mode selection)
选择外部信号时，触发信号 (TRGI) 的有效边沿与外部输入上所选的极性相关（请参见输入控
制寄存器和控制寄存器说明）。
0000：禁止从模式——如果 CEN =“1”，预分频器时钟直接由内部时钟提供。
0001：编码器模式 1——计数器根据 TI1FP2 电平在 TI2FP1 边沿递增/递减计数。
0010：编码器模式 2——计数器根据 TI2FP1 电平在 TI1FP2 边沿递增/递减计数。
0111：外部时钟模式 1——由所选触发信号 (TRGI) 的上升沿提供计数器时钟……
3. 计数模式
向上、向下计数也叫递增、递减计数；
递增计数：从0计数到设定的ARR值，然后产生溢出事件；
递减计数：与递增计数相反；
中心对齐计数：也就是结合递增和递减两种模式，需要注意的是它的溢出值。
4. 时基单元
4.1 计数器寄存器 (TIMx_CNT)
存储当前计数器计数值，由上图2可知，计数器时钟由PSC预分频器输出的 CK_CNT提供，仅当 TIMx_CR1 寄存器中的计数器启动位(CEN) 置 1 时，才会启动计数器。
位 0 CEN：计数器使能 (Counter enable)
0：禁止计数器
1：使能计数器
4.2 自动重载寄存器 (TIMx_ARR)
预装载寄存器的内容既可以直接传送到影子寄存器，也可以在每次发生更新事件 (UEV)时传送到影子寄存器，这取决于 TIMx_CR1 寄存器中的自动重载预装载使能位 (ARPE)，当需要动态去修改ARR寄存器值的时候就设置ARPE为1，具有缓冲功能，可以减少误差。
当定时器触发事件的时候，且当TIMx_CR1 寄存器中的 UDIS 位为0 时，将发送更新事件。
位 7- ARPE：自动重载预装载使能 (Auto-reload preload enable)
0：TIMx_ARR 寄存器不进行缓冲
1：TIMx_ARR 寄存器进行缓冲
位 1 UDIS：更新禁止 (Update disable)（此位由软件置 1 和清零，用以使能/禁止 UEV 事件生成）
0：使能 UEV。更新 (UEV) 事件可通过以下事件之一产生：
– 计数器上溢/下溢
– 将 UG 位置 1
– 通过从模式控制器生成的更新事件
1：禁止 UEV。
4.3 预分频器寄存器 (TIMx_PSC)
预分频器可对计数器时钟频率进行分频，分频系数介于 1 和 65536 之间。该预分频器基于16 位/32 位寄存器（TIMx_PSC 寄存器）所控制的 16 位计数器。由于该控制寄存器具有缓冲功能，因此预分频器可实现实时更改。而新的预分频比将在下一更新事件发生时被采用。
举个例子：假如定时器挂载在APB2（108Mhz）总线下，定时器的预分频寄存器设置为107（真实的预分频数为PSC寄存器的值加1），则定时器间隔1us就计一个数。
溢出时间计算公式为：T = （ARR+1）*(PSC+1) / Ft时钟源频率。
4.4 时序图分析
下图5时序图为预分频器分频由1变为2：
使能CEN开始计数，从计数器寄存器数值可以看出当前为递增式计数；
分频为1，且未产生溢出事件时，每间隔一个时钟周期计数器寄存器就计一次数；
在发生溢出事件前，动态更改预分频器分频为2，在更新事件后，预分频器的缓冲区中将重新装载预装载值，每间隔2个时钟周期（预分频器计数器计两个数）计数器计时器计一次数。
5. 定时器示例
示例使用定时器3：挂载在APB1下，其定时器时钟频率为108MHz；
目的是将它配置为间隔1000ms触发溢出事件。
5.1 重点寄存器
首先，需要重点关注如下几个寄存器：
控制寄存器1 （TIMx_CR1）：第0位置 1 表示使能计数器；
DMA/中断使能寄存器（ TIMx_DIER）：第0位 置 1，来允许由于更新事件所产生的中断；
预分频寄存器（ TIMx_PSC）：设置对时钟进行分频，然后提供给计数器，作为计数器的时钟；
自动重装载寄存器（TIMx_ARR）：设置计数值，达到后触发溢出事件。
5.2 软件配置流程
定时器结构体如下：
typedef struct {
TIM_TypeDef *Instance; //是寄存器基地址
TIM_Base_InitTypeDef Init; //初始化配置结构体
HAL_TIM_ActiveChannel Channel; //通道选择
DMA_HandleTypeDef *hdma[7]; //DMA传输相关
HAL_LockTypeDef Lock;
__IO HAL_TIM_StateTypeDef State; //状态标识
}TIM_HandleTypeDef;
预分频设为10800分频，计数10000次，即为溢出时间为1000ms；
配置好结构体变量后，调用hal库函数HAL_TIM_Base_Init(）进行初始化；
HAL_TIM_Base_Start_IT()函数开启定时器并开启更新中断，对相应寄存器操作，该函数已经封装好的了，直接调用就很省事。
TIM_HandleTypeDef TIME3_Handler; //定时器句柄
void TIM3_Init()
{
TIME3_Handler.Instance=TIM3; //通用定时器3
TIME3_Handler.Init.Prescaler=10800-1; //分频
TIME3_Handler.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP; //向上计数器
TIME3_Handler.Init.Period=10000-1; //自动装载值
TIME3_Handler.Init.ClockDivision=TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;//时钟分频因子
HAL_TIM_Base_Init(&TIME3_Handler);
HAL_TIM_Base_Start_IT(&TIME3_Handler); //使能定时器3和定时器3更新中断：TIM_IT_UPDATE
}系统运行中会产生很多中断，所以需要去设置定时器中断的优先级；
HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn,2,1); //设置中断优先级，抢占优先级2，子优先级1
HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn); //开启ITM3中断
定时器产生中断，意味着就需要中断处理函数，中断处理函数中编写控制逻辑，但别去做耗时的操作，也尽量别添加打印输出，不然会影响实时性。
定时器3的中断服务函数TIM3_IRQHandler()，在startup_xxx.s的汇编文件里可以看到，知道就好了，不需要格外关注；
调用hal库函数HAL_TIM_IRQHandler()处理更新中断等，
常用的回调函数：
__weak void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);//更新中断
__weak void HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);//输出比较
__weak void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);//输入捕获
__weak void HAL_TIM_TriggerCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);//触发中断这些都是弱函数，需要我们去重写，就是说把自己的中断处理逻辑写到这里。
void HAL_TIM_IRQHandler(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
/* Capture compare 1 event */
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_CC1) != RESET)
{
if(__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(htim, TIM_IT_CC1) !=RESET)
{
{
__HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_CC1);
htim->Channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1;
/* Input capture event */
if((htim->Instance->CCMR1 & TIM_CCMR1_CC1S) != 0x00)
{
HAL_TIM_IC_CaptureCallback(htim);
}
/* Output compare event */
else
{
HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(htim);
HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(htim);
}
htim->Channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_CLEARED;
}
}
}
/* Capture compare 2 event */
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_CC2) != RESET)
{
if(__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(htim, TIM_IT_CC2) !=RESET)
{
__HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_CC2);
htim->Channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2;
/* Input capture event */
if((htim->Instance->CCMR1 & TIM_CCMR1_CC2S) != 0x00)
{
HAL_TIM_IC_CaptureCallback(htim);
}
/* Output compare event */
else
{
HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(htim);
HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(htim);
}
htim->Channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_CLEARED;
}
}
/* Capture compare 3 event */
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_CC3) != RESET)
{
if(__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(htim, TIM_IT_CC3) !=RESET)
{
__HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_CC3);
htim->Channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_3;
/* Input capture event */
if((htim->Instance->CCMR2 & TIM_CCMR2_CC3S) != 0x00)
{
HAL_TIM_IC_CaptureCallback(htim);
}
/* Output compare event */
else
{
HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(htim);
HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(htim);
}
htim->Channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_CLEARED;
}
}
/* Capture compare 4 event */
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_CC4) != RESET)
{
if(__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(htim, TIM_IT_CC4) !=RESET)
{
__HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_CC4);
htim->Channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_4;
/* Input capture event */
if((htim->Instance->CCMR2 & TIM_CCMR2_CC4S) != 0x00)
{
HAL_TIM_IC_CaptureCallback(htim);
}
/* Output compare event */
else
{
HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(htim);
HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(htim);
}
htim->Channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_CLEARED;
}
}
/* TIM Update event */
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET)
{
if(__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(htim, TIM_IT_UPDATE) !=RESET)
{
__HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_UPDATE);
HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(htim);
}
}
/* TIM Break input event */
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_BREAK) != RESET)
{
if(__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(htim, TIM_IT_BREAK) !=RESET)
{
__HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_BREAK);
HAL_TIMEx_BreakCallback(htim);
}
}
/* TIM Break input event */
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_BREAK2) != RESET)
{
if(__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(htim, TIM_IT_BREAK) !=RESET)
{
__HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_BREAK);
HAL_TIMEx_BreakCallback(htim);
}
}
/* TIM Trigger detection event */
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_TRIGGER) != RESET)
{
if(__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(htim, TIM_IT_TRIGGER) !=RESET)
{
__HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_TRIGGER);
HAL_TIM_TriggerCallback(htim);
}
}
/* TIM commutation event */
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_COM) != RESET)
{
if(__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(htim, TIM_IT_COM) !=RESET)
{
__HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_FLAG_COM);
HAL_TIMEx_CommutationCallback(htim);
}
}
}//定时器3中断服务函数
void TIM3_IRQHandler(void)
{
HAL_TIM_IRQHandler(&TIME3_Handler);
}
//定时器3中断更新函数调用
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim==(&TIM3E_Handler))
{
//中断控制逻辑编写
}
}
