代码收藏家技术教程 2024-03-17

STM32 TIM定时器详解及使用指南

由于期末考试、课设、放假等一系列原因，将近一个多月都没有学习单片机了。想借着这个寒假重新巩固一下stm32的基础知识并开启新任务的学习，通过这些博客来记录并监督我的学习进程（由于白天在兼职所以学习速度会比较慢）。ok，废话不多说，进入愉快的学习之旅叭！

一、定时器基础认识

1、什么是定时器

STM32定时器是一种用于测量和控制时间的硬件模块，内置在STM32微控制器中。它具有多个定时/计数通道，可以用于生成脉冲、计时、延时等应用。STM32定时器可以高精度地计算时间，可配置为不同的模式，如定时器模式、输入捕获模式和PWM输出模式等。定时器的工作频率可以通过外部时钟源或内部时钟源进行配置，具有灵活性和可靠性。定时器还可以与其他外设模块（如ADC、DAC、GPIO等）进行协作，提供更多的功能和应用。

注：为什么是最大59.65s的定时？

一般定时器时钟都是72MHZ，也就是一秒产生72000000次脉冲，在预分频器写0时（即不分频或1分频）设置计数器为计数最大值65536（因为该寄存器为16位，每位用01表示，最大为2*10^16），则每秒可计数72000000 / 65536次，预分频器设为最大值65536（与计数器寄存器类似），则每秒产生72000000 / 65536 / 65536次中断，取倒数后为中断产生的周期，即每两次中断产生的间隔，也就是最大的定时时间。

2、定时器分类

STM32F103C8T6定时器资源：TIM1，TIM2，TIM3，TIM4；

①基本定时器

预分频器、计数器和自动重装载构成最基本的计数计时电路，成为时基单元。时基单元前面为时钟的输入，基本定时器只能选择内部时钟，一般为72MHZ。

预分频器：写0，不分频或1分频，输出频率=输入频率，写1，2分频，输出频率=输入频率 / 2依次类推（最大为65536）；

计时器：对预分频后的计数时钟进行计数，没来1个上升沿，计数值加1，当达到最大值或目标值的时候，计数值归零，重新开始计数；

自动重装寄存器：设置计数的目标，达到计数目标的时候，产生中断信号，计数器归零。

比如要设置1s的时间，就可以设置预分频系数为7200-1，重装载值为10000-1（方式不唯一）；

② 通用定时器

基本定时器仅支持向上计数，通用定时器可以设置，向上计数，向下计数和中央对齐模式

时钟源可以选择内部时钟也可以选择外部时钟

增加了输入捕获与输出比较电路

③高级定时器

增加了重复次数计数器，可以实现每个几个周期产生一次中断信号

增加了输出比较模块的功能，可以驱动三项无刷电机等

增加了刹车输入功能，给电机驱动提供安全保障

3、计数器时序

①预分频器时序

预分频器系数为1时，计数器使能后（CNT_EN拉高），计数器时钟运行，计数器时钟频率等于预分频器时钟频率。计数器在计数器时钟每个上升沿计数。在预分频控制寄存器将预分频系数改为1时，在这个计数周期结束后产生了更新事件，预分频寄存器才会将预分频值传递给预分频缓冲器，从而产作用。

②计数器时序

计数器也有类似于预分频器的缓冲机制，这种缓冲寄存器也叫影子寄存器，并且可以通过设置ARPE位来选择是否开启缓冲功能。如图开启了缓冲的功能。

在自动加载寄存器将重装载值改变时，在本周期内还是使用上次的目标值，在产生中断事件后，由自动加载影子寄存器产生实际的作用。

4、时钟树

二、输出比较

1、输出比较功能图

如图蓝色部分就是输出比较部分。这块电路会比较CCR（捕获 / 比较寄存器）与CNT计数器的值，当CCR>CNT,CCR<CNT,CCR=CNT时，电平会对应置0或1，这样就会产生电平不断跳变的PWM波形了。

2、PWM简介

3、PWM参数计算

三、输入捕获

1、输入捕获功能图

2、频率测量

测频法是测量一定时间内电平跳变的次数，适用于高频信号；

测周法是测量两个上升沿之间的时间来测量频率，适用于低频信号；

通过两种方法相乘开根号算出 fm 为中界频率。在小于这个频率的时候使用测频法，大于这个频率的时候使用测周法。

3、输入捕获基本结构

对于GPIO捕获的信号，在经过滤波器去噪处理后，通过边沿检测模块。当检测到一个上升沿（或者下降沿）的时候清零CNT寄存器，等待检测出下一个上升沿（或下降沿）的时候将CNT的值传给CCR1。这样便求出一个周期内的计数值，则可算出频率。

4、PWMI基本结构

PWMI模式在测量出信号频率的同时可以测量信号的占空比。

该模式多了一路来触发CCR2的捕获。通过设置为检测相反的边沿（比如TI1FP1检测的是上升沿，则TI1FP2检测下降沿，来检测出高电平的持续时间）在检测到下降沿的时候记录一次CNT的值到CCR2中。则CCR2的值就是高电平的持续时间。这样就可以算出该信号的占空比。

四、编码器测速

一个编码器有两个输出，一个是A相一个是B相。在接到STM32定时器的编码器接口后，编码器接口自动控制定时器时基单元中的CNT计数器进行自增或自减。比如初始化之后，编码器右转，则每产生一个脉冲，CNT就加1；编码器左转，则每产生一个脉冲，CNT就减1。如果每隔一段时间取一次CNT的值并把CNT清零，这样就能求出编码器旋转的方向与速度。

1、正交编码器

只有一个方波其实就可以测量速度，但无法检测方向。所以就使用了正交信号：当正转时，A相提前B相90°，反转时，A相滞后B相90°。编码器旋转时电平会对应右边框图的状态。当同时满足四个状态时就可以确定是正转还是反转，然后对CNT进行自增或自减操作（CNT的自减0的下一位为65535，我们可以将16位无符号数转化为16位有符号数）。