代码收藏家技术教程 2024-03-02

32单片机基础教程：TIM定时中断详解

STM32中功能最强大，结构最复杂的一个外设——定时器

因为定时器的内容很多，所以本大节总共分为4个部分，8小节。

第一部分：主要讲定时器基本的定时功能,也就是定一个时间，然后让定时器每隔这个时间产生一个中断，来实现每隔一个固定时间执行一段程序的目的，比如你要做一个时钟，秒表，或者使用一些程序算法的时候，都需要用到定时中断的这个功能

第二部分：我们主要讲的是定时器输出比较的功能，输出比较这个模块最常见的用途就是产生PWM波形，用于驱动电机等设备，在这一部分，我们将会学到，使用STM32输出的PWM波形来驱动舵机和直流电机的例子

第三部分：我们主要讲的是定时器输入捕获的功能，在这部分，我们将会学习使用输入捕获这个模块来实现测量方波频率的例子，

第四部分：我们学习一下定时器的编码器接口，使用这个编码器接口，能够更加方便的读取正交编码器的输出波形，在编码电机测速中，应用十分广泛

简介

定时器就是一个计数器，当这个计数器的输入是一个准确可靠的基准时钟的时候，那它在这个基准时钟进行计数的过程，实际上就是计时的过程。比如在STM32中，定时器的基准时钟一般是主频72MHz，如果我对72MHz计72个数，那就是1MHz也就是1us的时间，如果计72000个数，那就是1KHz也就是1ms的时间。

计数器就是用来执行计数定时的一个寄存器，每来一个时钟，计数器加1，

预分频器，可以对计数器的时钟进行分频，让这个计数更加灵活。

自动重装寄存器就是计数的目标值，就是我们想要计多少个时钟申请中断。

这些定时器构成了定时器最核心的部分，我们把这一块电路称为时基单元，都是16位的，也就是65536，也就是如果预分频器设置最大，自动重装也设置最大，那定时器的最大定时时间就是59.65秒，接近一分钟。就是72M/65535/65535,得到的是中断频率。然后取倒数，就是这个时间。这就是最大的定时时间，应该说还是挺长的了，如果觉得不够长，STM32的定时器还支持级联模式，也就是一个定时器的输出，当做另一个定时器的输入，两个级联的话，就是59.65s乘以65536

再乘以65535.

注意：总线是不一样的，这个在RCC开启时钟的时候要注意一下。

不同的型号定时器种类是不同的，使用这个外设之前，一定要查一下它是不是有这个外设。别操到了不存在的外设，

高级定时器的额外功能是为了三相无刷电机的驱动设计的。

由于基本定时器只能使用内部时钟。所以可以直接认为，连接到控制的那根线直接连到内部时钟CLK_INT.内部时钟的来源是RCC_TIMxCLK,这里的频率值一般都是系统的的72MHz,所以通向时基单元的计数频率就是72MHz,

预分频，它可以对这个72MHz的计数时钟进行预分配，比如这个寄存器写0，那就是不分频，或者说是1分频，这时候输出频率=输入频率=72MHz,那预分频写1，那就是2分频，输出频率=输入频率/2=36MHz…….所以预分频器的值和实际的分频系数相差了1.即实际分频系数=预分频器的值+1.这个预分频是16位的，所以最大值可以写65535，也就是65536分频，

计数器：这个计数器可以对预分频后的计数时钟进行计数。计数时钟每来一个上升沿，计数器的值加1.这个计数器也是16位的，所以里面的值可以从0到65535，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地自增运行，当自增运行到目标值时，产生了中断，那就完成计时的任务。所以还需要一个存储目标值的寄存器，那就是自动重装寄存器。也是16位。它存的是我们写入的计数目标，在运行的过程中，计数值不断自增，自动重装值是一个固定的值，当计数值等于自动重装值时，就是计时时间到了，那它就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。

STM32定数器的一大主要特色，就是这个主从触发模式，它能让内部的硬件在不受程序的控制下实现自动运行。

DAC有什么用呢？这个用途是在我们使用DAC的时候，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（数模转换）,让它输出下一个电压点。如果用正常的思路来实现的话，就是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，这样也是没有问题的，但是这样会使主程序处于频繁被中断的状态。这会影响主程序的运行和其他中断的响应。定时器就设计一个主模式，使用这个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中断来触发DAC转换了。仅需要把更新事件通过主模式映射到TRGO,然后TRGO就会直接去触发DAC了，整个过程不需要软件的参与，实现了硬件自动化，这就是主模式的作用。

对于通用寄存器而言，这个计数器的计数模式就不止向上计数这一种了，也就是计数器向上自增，计到重装值，清零同时申请中断。依次循环

除了这种模式。还有向下计数模式和中央对齐模式。

向下计数就是从重装值开始，向下自减。减到0之后，回到重装值同时申请中断，然后循环

中央对齐的计数模式，就是从0开始，先向上自增，计到重装值，申请中断，然后向下自减，减到0，再申请中断。依次循环。

下图就是内外时钟源选择和主从触发模式的结构了，

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。

通用寄存器，时钟源不仅可以选择内部的72MHz时钟，还可以选择外部时钟，第一个外部时钟就是来自TIMx_ETR引脚上的外部时钟，我们参考一下；引脚定义表。

可以看到这里有TIM2_CH1_ETR，意思就是这个TIM2的CH1和ETR都是复用在了这个位置，也就是PA0引脚。下面也有CH2，CH3，CH4和其他定时器的一些引脚，也都可以查到。

所以我们可以在这TIM2的ETR引脚，也就是PA0上接一个外部方波的时钟，配置一下内部的极性选择，边沿检测，和预分频器电路。再输入一下滤波电路，这两块电路可以对外部时钟进行一定的整形，因为是外部引脚的时钟，难免会有一些毛刺，那这些电路就可以对输入的波形进行滤波。同时也可以选择一下极性和预分频器。滤波后的电路，兵分两路，上面一路ETRF进入触发控制器，紧跟着就可以选择作为时基单元的时钟了。如果你想在ETR外部引脚提供时钟,或者想对ETR时钟进行计数，把这个定时器当做计数器来用的话。那就可以配置这一路的电路，在STM32中，这一路也叫做“外部时钟模式2”

除了ETR可以提供时钟外，TRGI(Trigger in)也是可以的，从名字上看，它主要是用作触发输入来使用的，这个触发输入可以触发定时器从模式，关于触发输入和从模式，我们下面的博文会介绍，这里讲的是这个触发输入作为外部时钟来使用的情况，你暂且就可以把这个TRGI当做外部时钟的输入来看，当这个TRGI当做外部时钟来使用的时候，这一路叫作“外部时钟模式1”，那通过这一路的外部时钟有哪些呢？第一个就是ETR引脚的信号，所以ETR可以有两条路来当做时钟。两种情况对于时钟输入是等价的。只不过作为TRGI的输入会占用触发输入的通道而已。

第二部分，就是ITR信号，这一部分的时钟信号是来自其他定时器的。怎么来的呢，右边有一个TRGO,这个主模式下的输出TRGO可以通向其他定时器，那通向其他定时器的时候，就会接到了其他定时器的ITR引脚上来了。这个ITR0到ITR3分别来自四个定时器的TRGO输出。至于具体的连接方式，如下图所示

这里可以看到，TIM2的ITR0是接到了TIM1的TRGO上，ITR1接到了TIM8,ITR3接在了TIM4,其他定时器也可以参照这个表，这就是ITR和定时器的连接关系。通过这一路可以实现定时器级联的功能，比如我们可以初始化TIM3,然后使用主模式把它的更新事件映射到TRGO上，接在再初始化TIM2,这里选择ITR2，对应就是TIM3的TRGO，然后后面再选择时钟为外部时钟模式1，这样TIM3的更新事件就可以驱动TIM2的时基单元，也就实现了定时器级联。

继续看，这里还可以选择TI1F_ED,这里连接的是输入捕获单元的CH1引脚，也就是从CH1引脚获得时钟，后缀加一个ED（Edge）就是边沿的意思，也就是这一路输出的时钟，上升沿和下降沿均有效，

最后TRGI时钟还能通过TI1FP1和TI2FP2获得

其中TI1FP1是CH1引脚的时钟，TI2FP2是CH2引脚上的时钟。

到这里，外部时钟1的输入依旧介绍完了，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，这是比较复杂的，哦我们一般情况下外部时钟通过ETR引脚就OK了。设置这么复杂的输入，不仅仅是为了扩大时钟输入的范围，更多的还是为了某些特殊应用场景而设计的·。比如为了定时器的级联而设计的这一部分。