代码收藏家技术教程 2024-03-14

STM32通用定时器详解

本文实践：实现通过TIM14_CH1输出PWM，外部显示为呼吸灯。

通用定时器简介

拥有TIM2~TIM5、TIM9~TIM14 一共10个定时器，具有4路独立通道，可用于输入捕获、输出比
较，同时包含了基本定时去的所有功能。

通用定时器的结构框图

主从模式触发

触发信号

概念：可以理解为某器件在接收到某个信号后，此信号可以触发本器件的一些功能。
在STM32中触发信号分为两大类：TRGI 和 TRGO，即触发输入信号和触发输出信号。
TRGO：定时器输出给其它定时器或外设的信号。可以理解为主模式触发信号。
TRGI ：可以理解为从外部引入到定时器中的信号。可以理解为从模式触发信号。

触发输入信号

第⼀类：TI1F_ED/TI1FP1/TI2FP2,来自输⼊通道1或通道2的触发信号，连接到从模式控制器，从而控制计数器的工作。
第⼆类：来自外部触发脚[ETR]的信号经过处理后，连接到从模式控制器。
第三类：来自其他定时器的触发信号，通过内部线路连接到从模式控制器

从模式控制器

复位模式：当有效触发信号出现时，将会复位计数器，并产生更新事件。向上计数的将会复位到0，向下计数的将会复位到ARR的值。

门控模式：定时器根据触发输⼊信号的电平来启动或停止计数器的计数。

触发模式：当有效触发输⼊信号出现时，会将本来处于未使能状态的计数器使能激活，让计数器开始计数

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。

小结：

（1）不论来自本定时器外部的哪⼀类触发输入信号，它们有个共同特点，就是都要经过触发输入选择器而连接到从模式控制器，从而使得计数器的工作受到从模式控制器的控制或影响。

（2）从模式控制器可以对定时器作如下操控：对计数器复位、启动或停止计数动作、使能计数器、通过触发信号为计数器提供时钟源。

触发输出信号

触发输出信号是定时器自身产生的，它的产生途径如下：

1.定时器更新事件
2.定时器的输入捕获和输出比较事件
3.复位
4.使能
5.更新：选择更新事件作为触发输出 (TRGO)。例如，主定时器可用作从定时器的预分频器。

时钟源选择

内部时钟（CK_INT）:类似于基本定时器时钟。
外部时钟模式1：TIx
外部时钟模式2：ETR
内部触发输入（ITRx）：使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器。

外部时钟模式1

外部时钟源信号（来自于芯片外部）—> IO口 —>TIMx_CH1 /TIMx_CH2（外部模式1时钟源信号只能从CH1和 CH2输入定时器）

外部时钟模式2

外部时钟源信号 —>IO口 —>TIMx_ETR

内部输入触发

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。

如图示例：

输出比较

捕获/比较寄存器

捕获比较寄存器也存在影子寄存器。当有上升沿到来时，IC1PS信号就会触发输入捕获事件发生器。计数器的值就会被锁存到捕获/比较影子寄存器里。当 CCR1 寄存器没有被进行读操作的时候，捕获/比较影子寄存器里的值就会锁存到 CCR1 寄存。

输出模式选择寄存器

结构框图

工作原理

PWM模式1:

向上计数：CNT<CCR时，REF置有效电平，CNT≥CCR时，REF置无效电平

向下计数：CNT>CCR时，REF置无效电平，CNT≤CCR时，REF置有效电平

PWM模式2：

向上计数：CNT<CCR时，REF置无效电平，CNT≥CCR时，REF置有效电平

向下计数：CNT>CCR时，REF置有效电平，CNT≤CCR时，REF置无效电平

示例如图（PWM模式1）：

PWM简介

PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制。控制⼀个周期中高低电平的比重。我们将高电平占整个周期的比重称为占空比。脉冲宽度调制说到底就是调节占空比。

以上图中的PWM模式1举例：

当CNT值小于CCR时，IO输出高电平。当CNT值大于CCR时，IO输出低电平。当CNT和ARR的值相等时，重新归零，然后重新向上计数，依次循环。
那么，改变CCR的值就可以改变PWM输出的占空比，改变ARR的值，就可以改变PWM的输出频率。
PWM频率：Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)
PWM占空比：Duty = CCR/(ARR + 1)

开发步骤

第⼀步：查看原理图，找到TIM14的输出通道复用在哪个IO引脚上

第⼆步：开启时钟
TIM14的时钟和 GPIOF的时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM14,ENABLE); //开启定时器的时钟
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE);//开启GPIOF的时钟

第三步：配置GPIOF
将GPIOF的Pin_9复⽤为TIM14的输出通道

第四步：初始化TIM14的时基单元，设置预分频值和重装值
TIM_TiMmeBaseInit();

第五步：使能ARR 和 CCR
TIM_OC1PreloadConfig(TIM14,TIM_OCPreload_Enable);
TIM_ARRPreloadConfig(TIM14,ENABLE);

第六步：使能TIM
TIM_Cmd(TIM14,ENABLE);

第七步：实现PWM控制函数
通过TIM_SetCompare1();函数来改变RCC的值，达到调节PWM的效果。

代码如下：

#include "stm32f4xx.h"  // Device header

int main(void)
{
   /*开启定时器的时钟*/
   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM14,ENABLE); 
   /*开启GPIOF的时钟*/
   RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE);
	
   /*定义GPIO结构体*/
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
   GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
   GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
   GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
   GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_High_Speed;
   /*初始化GPIO结构体*/
   GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStruct); 
   
   /*函数用于配置GPIOF引脚9为TIM14的复用功能*/
   GPIO_PinAFConfig(GPIOF,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_TIM14);
	
   /*定义时基单元结构体*/
   TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeInitStruct;
   /*TIM_ClockDivision表示时钟分割，TIM_CKD_DIV1将时钟分割成1份，即不分割*/
   TIM_TimeInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
   TIM_TimeInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
   /*将定时器的溢出周期设置为900个时钟周期*/
   TIM_TimeInitStruct.TIM_Period = 899;
   /*对时钟进行预分频，实际计数频率要除以8399*/
   TIM_TimeInitStruct.TIM_Prescaler = 8399;
   /*初始化时基单元*/
   TIM_TimeBaseInit(TIM14,&TIM_TimeInitStruct);
   
   /*定义输出比较配置结构体*/
   TIM_OCInitTypeDef TIM_OC1InitStruct;
   /*将TIM14的输出比较单元配置为PWM模式*/
   TIM_OC1InitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
   /*启用输出通道，当计数器的值小于比较寄存器CCR的值时通道将处于使能状态，产生PWM波形*/
   TIM_OC1InitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
   /*当计数器值小于比较寄存器值时，输出为高电平*/
   TIM_OC1InitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
   /*初始化输出比较配置*/
   TIM_OC1Init(TIM14,&TIM_OC1InitStruct);
	
   /*启用比较通道1的预装载寄存器。预装载功能的启用意味着对预装载寄存器的任何更改都会等到下一个溢出周期或触发事件时才会生效*/
   TIM_OC1PreloadConfig(TIM14,TIM_OCPreload_Enable);
   /*使能或禁用TIM14的自动重装载寄存器*/
   TIM_ARRPreloadConfig(TIM14,ENABLE);
   /*启用TIM14定时器，即让TIM14的计数器开始计数*/
   TIM_Cmd(TIM14,ENABLE); 

   uint8_t i;
   while (1)
   {
     for(i=0; i <= 100; i++)
     {
       /*改变PWM波形的占空比，i的值从0逐渐增加到100，使PWM的占空比从0%逐渐增加到100%*/
       TIM_SetCompare1(TIM14,i);
     }

     for(i=0; i<= 100; i++)
     {
       TIM_SetCompare1(TIM14,100-i);
     }
   }

}

作者：家妻妮露