代码收藏家技术教程 2025-02-17

STM32的HAL库开发—TIMER(定时器) — 基本定时器

一、定时器概述

1.1 软件定时原理

使用纯软件(CPU死等)的方式实现定时(延时)功能。就是delay_us()函数进行延迟，延迟时间是不精准的，同时CPU还在被占用，浪费资源。

1.2 定时器定时定时原理

使用精准的时基，通过硬件的方式，实现定时功能，定时器核心就是计数器。

STM32系统时钟线CLK经过预分频器，得到定时器TIM_CLK工作时钟，每来一个时钟信号，计数器CNT就变化1，这个计数器可以递增，也可以递减，当计数器CNT溢出的时候就代表时间到了，时间到了之后可以产生中断也可以产生事件，同时自动重装载值就会重新装在到计数器里边。

1.3 STM32定时器分类

1.4 STM32定时器特性表

计时器位数为16，就是计数器的值可以是0-65535之间。

计时器模式：

递增：每来一个时钟信号，计时器的值加一。

递减：每来一个时钟信号，计时器的值减一。

中央对齐计时：

预分频系数：必须为整数，就是将系统时钟信号进行分频，分频就是除一个系数。

产生DMA请求：当计时器溢出时，就是时间到了，可以产生DMA请求。

捕获/比较通道：基本定时器没有，只有通用和高级定时器有。

互补输出：只有高级定时有。

1.5 STM32基本、通用、高级定时器功能整体的区别

基本定时器只能用作定时功能，，没有输入输出通道，通用定时器具有基本定时器的功能，同时还可以输入捕获/输出比较。高级定时器具备通用定时器的左右功能，同时还有互补输出等功能。

二、基本定时器

2.1 基本定时器简介

基本定时器时TIM6和TIM7，有一个16位的递增计数器，不能递减，计数值为0~65535。

有一个16位预分频器，分频系数为1~65536。

可触发DAC，当计数器溢出的时候，可进行一次数模转化。

在更新事件(计数器溢出)时，可产生中断/DMA请求，这个月由用户自己设置。

2.2 基本定时器框图

1、时钟源来自内部时钟

2、时钟信号经过控制器来到预分频器，经过预分频器PSC分频，得到基本定时器的工作时钟CK_CNT，每来一个时钟，计数器的值就加一。

3、当计数器CNT的值与自动重装载寄存器ARR的影子寄存器的值相同时，达到溢出条件，发生溢出。

图中可以看到，自动重装载寄存器和预分频器都有影子，这俩都有影子寄存器。影子寄存器是实际
起作用的寄存器，不可直接访问。例如不可以直接访问自动重装载寄存器的影子寄存器，但是可以访问自动重装载寄存器，这个寄存器起到缓冲的作用。

而写入ARR寄存器的值不能马上起作用，必须转移到影子寄存器里边才能起作用。转移到影子寄存器里需要有条件，就是事件。PSC寄存器也是一样的，必须转移到影子寄存器里边才能起作用。

这个是图解， U事件就是Update事件，当计数器CNT溢出的时候，除了产生更新事件，还可以产生中断和DMA输出。默认情况下U事件是默认产生的，可以配置成不产生。而中断和DMA输出默认是不产生的，可以配置成产生。

除了计数器溢出的时候产生更新事件，设置UG位也可以软件产生更新事件。

产生U更新事件后，预装载寄存器的值会加载到对应的影子寄存器里边，包括自动重装载寄存器和PSC预分频器。这里边可以设置ARR寄存器有没有缓冲功能，设置APRE位，置1就是有缓冲功能，写入ARR寄存器不会立即转移到影子寄存器里边。置0会就是无缓冲作用，会立即转移到影子寄存器里边。

控制部分：

可以在控制寄存器设置复位、使能、计数等。触发控制器就是触发DAC产生一次DAC转换，TRGO信号在计数器溢出的时候产生。

时钟源：

TIM1和TIM8是挂在在APB2上面的，TIM2-TIM7是挂载在APB1上面的，其中APB2最大频率是72MHz,APB1最大稳定频率为36MHz。但是实际定时器最大时钟频率不是这么确定的，看下面时钟树。

程序里边有一个HAL初始化配置，将APB1预分频系数配置成2，那么满足前面时钟数里边说的的”如果APB1预分频系数=1则频率不变,否则频率x2“，分频系数不是1，所以乘2得到72MHz时钟，前提是PCLK1时钟是36MHz。

同理，程序里边设置的APB2预分频系数为1，那个满足时钟树里边说的"如果APB2预分频系数=1则频率不变,否则频率x2",分频系数为1，所以TIM1和TIM8时钟频率为72MHz,前提是PCLK2时钟为72MHz。

2.3 STM32定时器计数模式及溢出条件

递增计数模式：溢出条件为计数器的值与ARR影子寄存器值相同。发生溢出之后计数器从0开始重新计数。

递减计数模式：溢出条件为CNT值为0，发生溢出之后计时器从ARR重新开始递减。

中心对齐模式：溢出条件有两个，一个是CNT值为ARR-1,另一个是CNT的值为1。计时器从0开始递增，递增到ARR-1发生溢出。然后从ARR开始递减，递减到1发生溢出。就是递增的时候在ARR-1发生溢出，递减的时候在1发生溢出。

递增和递减的就不说了，很简单这里讲一下中心对齐模式的时序图。

其中CK_PSC是定时器的系统时钟信号。

CNT_EN是计时器使能，开启之后计数器才开始工作。

CK_CNT是计数器时钟，由CK_PSC经过预分频器得到的时钟，由于PSC为0，需要加1，也就是1分频，就是不分频。如果PSC的值为1，就是二分频，每来两个CK_PSC，定时器时钟CK_CNT来一个，计数器的值变化一个。

最开始计数器从04开始递减，递减到01的时候，满足下溢条件，产生更新事件，同时更新中断标志置1。然后递减到0，开始递增，递增到ARR-1了，满足上溢条件，再次产生更新事件，同时更新中断标志置1，如果程序里边开中断了，那么会进入中断服务函数，需要手动讲这个更新中断标志清0；

2.4 定时器中断实验相关寄存器

2.4.1 TIM6 和TIM7 控制寄存器 1(TIMx_CR1)

位 7 ARPE：置1则ARR寄存器有缓冲功能，需要等更新事件来了，才能将ARR寄存器的值写入到ARR影子寄存器里边。置0，则没有缓冲功能，不需要更新事件，立即写入影子寄存器。

例子：让一个LED亮1s,再灭2s

亮1s，就是使用定时器设置ARR寄存器的值，例如ARR寄存器设置100，为1s，那么当CNT计数器的值等于100的时候，发生溢出，此时在中断函数里边将LED灭，同时需要修改ARR寄存器的值，因为灯需要灭2s，如果没有缓冲功能，那么修改ARR寄存器的值时间被计入进去了，时间不准确。如果开启了ARR缓冲功能，那么在ARR到达100之前，就可以写入ARR寄存器的值，等到更新时间发生时，就可以自动写入到影子寄存器里边，去掉了无缓冲写入ARR寄存器的时间，定时时间更加精准，无误差。如果是亮1s，再灭1s，那么就不需要更改ARR寄存器的值了，就没有这个说法了。

位 0 CEN：计数器使能位，置1则开启计数器，置0关闭计数器。默认是关闭的。

用于设置ARR寄存器是否具有缓冲，使能/关闭计数器。

2.4.2 TIM6 和TIM7 DMA/中断使能寄存器(TIMX_DIER)

位8 UDE：置0 关闭更新DMA请求，置1开启更新DMA请求。

位0 UIE：置0关闭更新中断，置1开启更新中断。

2.4.3 TIM6 和TIM7 状态寄存器(TIMX_SR)

位0 UIF: 更新中断标志位，当计数器发生溢出时，这位会被硬件置1，如果使用更新中断，需要再中断函数里边使用软件将这一位清除。

用于判断是否发生了更新中断，由硬件置1，软件清零。

2.4.4 TIM6 和TIM7 计数器(TIMx_CNT)

16位计数器，存储计数器的值，范围为0-65535。可读可写，在计数器运行当中，也可以对它进行读写操作。

2.4.5 TIM6 和TIM7 预分频器(TIMx_PSC)

设置定时器时钟分频系数的，实际计算分频的时候，需要将这个寄存器的值加1。在每一次更新事件时，PSC的数值被传送到实际的预分频寄存器中。

2.4.5 TIM6 和TIM7 自动重装载寄存器(TIMX_ARR)

设置自动重装载值得，ARR的数值将传送到实际的自动重装载寄存器中。

2.5 定时器溢出时间计算方法

这个公式很简单，可以自己推一下，主要就是先计算计数器计一个数需要的时间，在去乘总共计多少个数。这里的(PSC + 1)表示分频系数加一才是真正的分频数，比如PSC寄存器设置的为0，那么他是1分频，不可能是0分频。(ARR + 1)表示计数总个数，如果设置为0，那么它计一个数就溢出了，不可能是计0个数。

2.6 定时器中断实验配置步骤

1、HAL_TIM Base_Init()函数，配置定时器基础工作参数。

2、HAL_TIM_Base_MspInit()函数，定时器基础MSP初始化，配置NVIC、CLOCK等。

3、HAL_TIM_Base_Start_IT()函数，使能更新中断并启动计数器。

4、HAL_NVIC_SetPriority()、 HAL_NVIC_EnablelRQ()函数设置优先级，使能中断。

5、TIMx_IRQHandler()>HAL_TIM_IRQHandler()函数，编写中断服务函数。

6、HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()函数，编写定时器更新中断回调函数。

2.7 定时器实验中断

实验：使用定时器6，实现500ms定时器更新中断，在中断里翻转LED0。

定时器产生中断有两种方式，一种是软件设置UG位，一种是计数器溢出时，产生中断。

思路：定时500ms带入前面的公式，TIM6是挂载在APB1总线上面的，APB1的时钟为36MHz，APB1的分频系数为2，不为1，所以TIM6的时钟为36MHz乘2，就是72MHz。剩下ARR和PSC两个未知数，任取一个计算出另一个，一般是取PSC，计算出ARR的值。例如设置PSC的值为7199，那么计算出ARR的值为4999。

btim.h头文件

#ifndef __BTIM_H
#define __BTIM_H

#include "stm32f1xx.h"

void TIM_Init(uint16_t arr ,uint16_t psc);
#endif

btim.c源程序

#include "./BSP/TIMER/btim.h"
#include "./BSP/LED/led.h"

TIM_HandleTypeDef htim;

void TIM_Init(uint16_t arr ,uint16_t psc)
{
	htim.Instance = TIM6;
	//设置开启ARR寄存器缓冲功能  这里设置固定500ms 如果定时时间不同  需要修改ARR的值  需要开启
	htim.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
	//基本定时器只有向上计数模式  这个不设置也可以
	htim.Init.CounterMode =TIM_COUNTERMODE_UP;
	//设置自动重装载值
	htim.Init.Period = arr;
	//分频系数
	htim.Init.Prescaler = psc;
	HAL_TIM_Base_Init(&htim);
	
	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim);
}
	
//这个函数由HAL_TIM_Base_Init自动调用
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	//这个函数是所有定时器公用的 所以需要判断 如果使用了多个定时器
	if(htim->Instance == TIM6)
	{
		//开启定时器6时钟
		__HAL_RCC_TIM6_CLK_ENABLE();
		
		//设置定时器6优先级
		HAL_NVIC_SetPriority(TIM6_IRQn, 2, 2);
		
		//开启定时器中断
		HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM6_IRQn);
	}
}	

//定时器6中断处理函数
void TIM6_IRQHandler(void)
{
	//定时器6HAL库中断公共处理函数
	HAL_TIM_IRQHandler(&htim);
	
	
}

//定时器TIM Update event回调函数 HAL_TIM_IRQHandler里边自动调用
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	//这个函数是所有定时器公用的 所以需要判断 如果使用了多个定时器
	if(htim->Instance == TIM6)
	{
		LED0_TOGGLE();
	}
}

main.c主函数

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/TIMER/btim.h"

int main(void)
{
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
	sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                     /* 延时初始化 */
    led_Init();                         /* LED初始化 */
	TIM_Init(5000 - 1,7199); //初始化定时器6 ARR设置成4999 ，PSC设置成 7199
	while(1)
    { 
	
    }
}

现象：正电平时间500ms