STM32笔记：学习TIM定时器的使用方法

1、TIM简介

1.1 基本定时器

时基单元：由自动重装载寄存器、预分频器、计数器组成。

来自RCC的TIMxCLK：一般是系统的主频，72MHz。

预分频器（16位）：对进来的频率进行分频，写0，不分频，输出72MHz。写1，2分频，输出36MHz。以此类推。

计数器（16位）：对预分频器后的计数时钟进行计数。

自动重装载寄存器（16位）：写入的计数目标。

向上的箭头（UI）：表示这里会产生中断信号。计数值等于自动重装值产生的中断，一般叫做“更新中断”，更新中断之后会通往NVIC，再配置好NVIC的定时器通道，那定时器的更新中断就可以得到CPU的响应。

向下的箭头（U）：表示这里会产生一个事件。对应的事件叫做“更新事件”，更新事件不会触发中断，但会触发内部的其他电路的工作。

主模式触发DAC功能：定时器设计了一个主模式，使用主模式可以把定时器的更新事件映射到触发输出TRGO（Trigger Out）的位置，TRGO直接接到DAC的触发转换引脚上。定时器的更新就不需要通过中断来触发DAC转换了。

基本定时器仅支持向上计数模式。

1.2 通用定时器

基本定时器支持向上计数、向下计数、中央对齐的计数模式。

时钟源选择：可以选择内部时钟，也可以选择外部时钟。外部时钟：TIMx_ETR（Externala）引脚上的外部时钟。

外部时钟模式2。ETRF：经过ETRF进入触发控制器，就可以选择作为时基单元的时钟了。这一路叫做“外部时钟模式2”。

外部时钟模式1。TRGI：主要用作触发输入。当TRGI当作外部时钟来使用时，这一路叫做“外部时钟模式1”。通过这一路的时钟有：①ETR的引脚信号，②ITR信号，ITR0-ITR3分别来自其他4个定时器的TRGO输出。可以用作定时器的级联。③TI1F_ED（Edge，边沿）信号：连接的是输入捕获单元的CH1引脚。④TI1FP1信号：连接到CH1引脚的时钟。TI2FP2信号：连接到CH2引脚的时钟。

ITR信号：

编码器接口：可以读取正交编码器的输出波形。

TRGO：定时器的主模式输出，可以把内部的一些事件映射到TRGO引脚上。

输出比较电路：图右下角，有四个通道，CH1–CH4。可以用于输出PWM波形，驱动电机等。

输入捕获电路：图左下角，有四个通道，CH1–CH4。可以用于测量输入方波信号的频率等。

捕获/比较寄存器：是输入捕获和输出比较电路共用的。输入捕获和输出比较不能共用，因此寄存器和引脚也是共用的。

输入滤波器原理：可以滤掉信号的抖动干扰。在一个固定的时钟频率f下进行采样，如果连续N个采样点都为相同的电平，代表输入信号稳定，即可输出采样值。如果N个采样值不全都相同，说明信号有抖动，此时保持上一次的输出或者直接输出低电平。采样频率f和采样点数N都是滤波器的参数。采样频率f可以是由①内部时钟直接而来，也可以是②内部时钟+分频而来，分配多少，由参数TIM_ClockDivision 决定。TIM_ClockDivision 见5.3配置时基单元代码。

1.3 高级定时器

重复次数计数器：可以实现每隔几个周期，才发生一次更新事件和更新中断。

DTG（Dead Time Generate）：死区生产电路。右边输出控制有两个互补的信号，可以输出一对互补的PWM波，可以用于驱动三相无刷电机。如：四轴飞行器、电动车的后轮、电钻等。

BRK：刹车输入功能，为了给电机驱动提供安全保障。如果外部引脚BKIN（Break IN）产生了刹车信号，或者内部时钟失效，产生了故障，控制电路会自动切断电机的输出。

2、定时中断基本结构

PSC（Prescaler）：预分频器

CNT（Counter）：计数器

ARR（Auto Reload Register）：自动重装载寄存器

运行控制：控制寄存器的一些位。如启动停止、向上或向下计数等。

计时时间到产生中断的去向：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：因为定时器很多地方需要申请中断，如：更新申请中断，触发信号也会申请中断，输入捕获和输出比较匹配时也会申请中断。就是中断输出的允许位，需要某个中断，就允许一下。

3、时序图

3.1 预分频器时序图

CK_PSC：预分频器的输入时钟，内部时钟一般是72MHz。

CNT_EN：计数器使能，高电平计数器正常运行，低电平计数器停止。

CK_CNT：预分频器的时钟输出，也是计数器时钟的输入。

一个计数周期的工作流程：开始时，计数器不使能，定时器时钟不运行。计数器使能后，前半段，预分频器系数为1，定时器时钟等于预分频前的时钟；后半段，预分频器系数为2，定时器时钟等于预分频前时钟的一半。在定时器时钟的驱动下，计数器寄存器跟随时钟的上升沿不断自增，ARR自动重装值为FC。当计数值计到和重装值相等，并且下一个时钟来临时，计数器寄存器的值才清0。同时产生一个更新事件（UEV）。

下三行时序：预分频控制寄存器，供我们读写用的，并不直接决定分频系数。预分频缓冲器或者影子寄存器：真正起作用的寄存器。当在计数中间改变预分频器的值（预分频控制寄存器），不会马上更新，要等到计数到自动重装值，并产生更新事件后，才会更改预分频器的值（预分频缓冲器）。

3.2 计数器时序

 

CK_INT：内部时钟72MHz。

计数器无预装时序：没有缓冲寄存器的情况。

计数器有预装时序：有缓冲寄存器的情况。

通过设置ARPE位，可以选择是否使用预装功能。

4、 RCC时钟树

左边是时钟的产生电路，右边是时钟的分配电路。

4.1 时钟产生电路

有四个震荡源：

        ①内部的8MHz高速RC振荡器；

        ②OSC_OUT，OSC_IN：外部的4-16MHz高速石英晶体振荡器，也就是晶振，一般都是接8MHz；外部的石英振荡器比内部的RC振荡器更加稳定。一般使用外部晶振。

        ③OSC32_IN，OSC32_OUT：外部的32.768KHz低速晶振，一般给RTC提供时钟。

        ④LSI RC：内部的40KHz低速RC振荡器，可以给看门狗提供时钟。

        高速时钟晶振用于提供系统时钟，如AHB、APB2、APB1都是来源于这两个高速晶振。

在SystemInit函数里，ST配置时钟：①首先启动内部时钟，选择内部8MHz为系统时钟，暂时以内部8MHz的时钟运行。②然后再启动外部时钟，经过PLLXTPRE、PLLSRC，进入PLLMUL（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。系统时钟就从8MHz切换成了72MHz。

CSS（Clock Security System）：时钟安全系统，负责切换时钟。可以监测外部时钟的运行状态，一但外部时钟失效，就会自动把外部时钟切换回内部时钟，保证系统时钟的运行，防止程序卡死造成事故。

4.2 时钟分配电路

①AHB总线有个预分频器，在SystemInit里配置的分频系数为1，故AHB总线的时钟为72MHz。

②然后进入APB1总线，这里配置的分频系数为2，故APB1总线的时钟为36MHz。

故基本定时器、通用定时器的时钟都为72MHz。

③APB2总线，在这里配置的分频系数为1，故APB1总线的时钟为72MHz。

故高级定时器的时钟都为72MHz。

④外设时钟使能，就是程序中RCC_APB2/1PeriphClockCmd的地方。

5、TIM中断初始化代码

根据定时中断基本结构来一步一步初始化定时器中断代码：

（1）开启外部时钟

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

（2）选择时基单元的时钟

①选择内部时钟作为时基单元时钟

TIM_InternalClockConfig(TIM2);

定时器上电后默认使用的就是内部时钟，可以省略。

②选择ETR外部时钟作为时基单元时钟

TIM_ETRClockMode2Config(TIM2, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted, 0x0F);

选择外部时钟作为时基单元时钟，可能需要配置GPIO，视情况而定。配置GPIO就需要开启外部时钟以及引脚等配置。

（3）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;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);

TIM_Period ，ARR自动重装器的值

TIM_Prescaler ，PSC预分频器的值

TIM_RepetitionCounter ，重复计数器的值

因为TimeBaseInit里面有上述那句话，为啥要上述那句？

因为预分频器是有缓冲寄存器的，写的值只有在更新事件时，才会真正起作用，这里为了让值立刻起作用，手动生成了一个更新事件，这样预分频器的值就有效了。但同时带来了副作用：更新事件和更新中断是同时发生的，更新中断会置更新中断标志位，一旦程序初始化完，更新中断就会立刻进入，会导致刚一上电，就立刻进中断。

TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);

因此需要增加上述手动清除更新中断标志位代码。

（4）使能更新中断

TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

（5）配置NVIC

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

（6）启动定时器

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);