STM32F103定时器中断实验: 一次性了解通用定时器的知识

通用定时器介绍

STM32F10x系列总共最多有8个定时器

对于STM32F103RC，有4个通用定时器，2个高级定时器，2个基本定时器

对于STM32F103ZE，有4个通用定时器，2个高级定时器，2个基本定时器

STM32F103C8T6有4个定时器，分别是TIM1，TIM2，TIM3，TIM4

STM32三种定时器的区别

STM32F1系列只有16位定时器，STM32F4系列有32位的定时器

通用定时器功能特点描述

STM3的通用TIMx (TIM2、TIM3、TIM4和TIM5)定时器功能特点包括：

1、可以位于低速的APB1总线上(APB1)，使用APB1时钟，也可以使用其他时钟源

2、16位向上、向下、向上/向下(中心对齐)计数模式，自动装载计数器(TIMx_CNT)

3、16位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx_PSC)，计数器时钟频率的分频系数为1~65535之间的任意数值。

4、每个定时器都有4个独立通道(TIMx_CH1~4)，这些通道可以用来作为:

​ 输入捕获

​ 输出比较

​ PWM生成(边缘或中间对齐模式)

​ 单脉冲模式输出

5、可使用外部信号(TIMx_ETR) 控制定时器和定时器互连（可以用1个定时器控制另外一个定时器）的同步电路。

6、如下事件发生时产生中断/DMA （6个独立的IRQ/DMA请求生成器）:

​ 更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化（通过软件或者内部/外部触发)

​ 触发事件（计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数）

​ 输入捕获

​ 输出比较

​ 支持针对定位的增量（正交）编码器和霍尔传感器电路

​ 触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理

7、STM32的通用定时器可以被用于：测量输入信号的脉冲长度（输入捕获）或者产生输出波形（输出比较和PWM）等。

8、使用定时器预分频器和RCC时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。STM32的每个通用定时器都是完全独立的，没有互相共享的任何资源。

计数器模式

通用定时器可以向上计数、向下计数、向上向下双向计数模式。

1、向上计数模式：计数器从0计数到自动加载值(TIMx_ARR)，然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。
2、向下计数模式：计数器从自动装入的值(TIMx_ARR)开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始，并产生一个计数器向下溢出事件。
3、中央对齐模式(向上/向下计数)：计数器从0开始计数到自动装入的值-1，产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到1并且产生一个计数器溢出事件；然后再从0开始重新计数。

定时器框图分解

时钟选择

计数器时钟可以由下列时钟源提供：

1、内部时钟（CK_INT）

2、外部时钟模式1：外部输入脚(TIx)

3、外部时钟模式2：外部触发输入(ETR)

4、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，如可以配置一个定时器Timer1而作为另一个定时器Timer2的预分频器。

可通过从模式控制寄存器TIMx_SMCR的低三位来控制，默认是000，使用内部时钟驱动，所以在代码中可以不设置这一项

内部时钟图

理解红框内的话：因为AHB前面输入的是SYSCLK，为72MHz，如果APB1预分频系数=1，则频率不变，等于前面的72MHz；如果APB1预分频系数为2，则输出频率为32MHz，经过红框后再x2，又变为了72MHz

APB2框的同理

总结：在F103系列中，定时器时钟源均为72M

CK_INT：内部时钟

CK_CNT：自动装载计数器时钟

CK_PSC：定时器时钟源

常用寄存器

定时器溢出时间计算

其中预分频器寄存器有一条计算公式：

计数器的时钟频率CK_CNT等于f_{CK_PSC}/(PSC[15:0]+1)

因为频率的倒数是时间，所以公式就可以变为：一个周期时间（晶振振动一次的时间）= (psc+1)/f_{CK_PSC}

既然知道了晶振振动一次的时间，那再知道振动的次数不就可以知道定时器定时的时间了吗（定时时间 = 溢出时间）

结合自动重装载寄存器（TIMx_ARR）：一个周期时间 * (arr+1) = 晶振振动一次的时间 * 振动次数 = 溢出时间；

将一个周期时间待进上一条公式：溢出时间 = （(psc+1)/f_{CK_PSC}） * (arr+1)

注意：arr要加1是因为计数值是从0开始的

公式的作用：

比如使用定时器初始化时，arr参数传入的是自动装载值，psc参数是预分频系数，所以这里 arr = 9999，arr+1 = 10000，10000就是晶振振动次数，psc = 7199，psc+1 = 7200，因为定时器时钟源均为72M，所以f_{CK_PSC} = 72MHz = 72 *10⁶Hz

将数据代入公式： (psc+1)/f_{CK_PSC} = 7200/72 * 10⁶ = 0.0001s；0.0001s * (arr+1) = 0.0001s * 10000 = 1s

所以图中定时器3的溢出时间就是1s

常用库函数

定时器参数初始化:

void TIM_TimeBaselnit(TIM_TypeDef* TIMx,TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);

TIM_TimeBaseInitTypeDef结构体

typedef struct{
    uint16_t TIM_Prescaler;				//分频系数
    uint16_t TIM_CounterMode;			//计数模式，向上还是向下
    uint16_t TIM_Period;				//自动装载值
    uint16_t TIM_ClockDivision;			//输入捕获使用
    uint8_t TIM_RepetitionCounter;		//高级定时器使用
}TIM_TimeBaseInitTypeDef;

初始化例子：

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 4999;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 7199;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

定时器使能函数:

void TIM_Cmd(TIM_ TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState)

定时器中断使能函数:

void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx,uint16_t TIM_IT, FunctionaIState NewState);

状态标志位获取和清除:

FlagStatus TIM_GetFlagStatus(TIM_TypeDef* TIMx,uint16_t TIM_FLAG);
void TIM_ClearFlag(TIM_TypeDef* TIMx,uint16_t TIM_FLAG);
ITStatus TIM_GetITStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);
void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef* TIMx,uint16_t TIM_IT);

定时器中断实现步骤（TIM3为例）

1、能定时器时钟。

RCC_APB1PeriphClockCmd();

2、初始化定时器，配置ARR,PSC.

TIM_TimeBaseInit();

3、开启定时器中断，配置NVIC。

void TIM_ITConfig();
NVIC_Init();

4、使能定时器。

TIM_Cmd();

5、编写中断服务函数。

TIMx_IRQHandler();

定时器定时500ms例子

通过定时器中断配置，每500ms中断一次，然后中断服务函数中控制LED实现LED状态取反(闪烁)。

溢出时间 = （(psc+1)/f_{CK_PSC}） * (arr+1)

f_{CK_PSC}：定时器时钟频率，APB1经过倍频而来，一般为72MHz

(psc+1)/f_{CK_PSC}：一个周期时间（晶振振动一次的时间）

(arr+1)：计数值

要定时500ms，已知f_{CK_PSC}为72MHz，所以psc取7199，(psc+1)/f_{CK_PSC} = 7200/72 * 10⁶ = 0.0001s = 0.1ms

arr取4999，+1后等于5000，5000 * 0.1ms = 500ms