代码收藏家技术教程 2023-03-23

ESP32定时器学习

一、定时器：

ESP32 内置4 个64-bit 通用定时器。每个定时器包含一个16-bit 预分频器和一个64-bit 可自动重新加载向上／向下计数器。

ESP32 的定时器分为2 组，每组2 个。TIMGn_Tx 的n 代表组别，x 代表定时器编号。

定时器特性：

16-bit 时钟预分频器，分频系数为2-65536

64-bit 时基计数器

可配置的向上／向下时基计数器：增加或减少

暂停和恢复时基计数器

报警时自动重新加载

当报警值溢出/低于保护值时报警

软件控制的即时重新加载

电平触发中断和边沿触发中断

1. 16-bit 预分频器

每个定时器都以APB 时钟（缩写APB_CLK，频率通常为80 MHz）作为基础时钟。而预分频器的作用就是对APB时钟进行分频，产生时基计数器时钟（TB_clk）。TB_clk 每过一个周期，时基计数器会向上数一或者向下数一。在使用寄存器TIMGn_Tx_DIVIDER 配置分频器除数前，必须关闭定时器（清零TIMGn_Tx_DIVIDER）。定时器使能时配置预分频器会导致不可预知的结果。

2. 寄存器

TIMGn_Tx_EN 置1 后，定时器x 时基计数器使能。（读/写）

TIMGn_Tx_EN 置1 或清零可以使能或关闭计数。

TIMGn_Tx_INCREASE 置1 后，定时器x 的时基计数器会在每个时钟周期后增加。清零后，定时器x 时基计数器会在每个时钟周期后减少。（读/写）

TIMGn_Tx_INCREASE 置1 或清零可以将64-bit 时基计数器分别配置为向上计数或向下计数。同时，64-bit 时基计数器支持自动重新加载和软件即时重新加载，计数器达到软件设定值时会触发报警事件。

TIMGn_Tx_AUTORELOAD 置1 后，定时器x 报警时自动重新加载使能。（读/写）

TIMGn_Tx_DIVIDER 计时器x 时钟(Tx_clk) 的预分频器值。（读/写）

TIMGn_Tx_EDGE_INT_EN 置1 后，报警会产生一个边沿触发中断。（读/写）

TIMGn_Tx_LEVEL_INT_EN 置1 后, 报警会产生一个电平触发中断。（读/写）

电平触发是在高或低电平保持的时间内触发，而边沿触发是由高到低或由低到高这一瞬间触发。

TIMGn_Tx_ALARM_EN 置1 后, 报警使能。（读/写）

TIMGn_TxLO_REG 在TIMGn_TxUPDATE_REG 上写值后，定时器x 时基计数器的低32 位可以被读取。（只读）

TIMGn_TxHI_REG 在TIMGn_TxUPDATE_REG 上写值后，定时器x 时基计数器的高32 位可以被读取。（只读）

TIMGn_TxUPDATE_REG 写任何值触发定时器x 时基计数器值更新（定时器x 当前值会被存储到以上寄存器）。（只写）

以上寄存器只涉及到配置寄存器以及基本的64-bit时基寄存器，还有一些其他的如报警、重新加载等寄存器可以参考官方技术手册。

二、软件程序编写：

time.h文件内容：

#ifndef COMPONENTS_TIME_INCLUDE_TIME_H_
#define COMPONENTS_TIME_INCLUDE_TIME_H_

#include "driver/timer.h"
#include <stdio.h>

void Time_Init();//初始化定时器函数
void IRAM_ATTR timer_group0_isr(void *para); //定时器中断函数

#endif /* COMPONENTS_TIME_INCLUDE_TIME_H_ */

time.c文件内容：

#include "time.h"
#include "led.h"

int led_flag = 0;

void Time_Init(){
	/**
	 * 设置定时器初始化参数
	 */
	timer_config_t config ={
        .divider = 8, //分频系数
		.counter_dir = TIMER_COUNT_UP, //计数方式为向上计数
		.counter_en = TIMER_PAUSE, //调用timer_init函数以后不启动计数,调用timer_start时才开始计数
		.alarm_en = TIMER_ALARM_EN, //到达计数值启动报警（计数值溢出，进入中断）
        .auto_reload = 1, //自动重新装载预装值
	};
    /**
     * 初始化定时器
     *    TIMER_GROUP_0(定时器分组0)
     *    TIMER_0(0号定时器)
     */
	timer_init(TIMER_GROUP_0,TIMER_0,&config);

	/*设置定时器预装值*/
	timer_set_counter_value(TIMER_GROUP_0,TIMER_0,0x00000000ULL);

	/**
	 * 设置报警阈值
	 *    1000[定时1000ms] (TIMER_BASE_CLK[定时器时钟/8[分频系数]/1000[延时为ms级别，因此除以1000])
	 */
	timer_set_alarm_value(TIMER_GROUP_0,TIMER_0,3000*(TIMER_BASE_CLK/8/1000)); //TIMER_BASE_CLK 为80M
	//定时器中断使能
	timer_enable_intr(TIMER_GROUP_0,TIMER_0);
	/**
	 * 注册定时器中断函数
	 */
	timer_isr_register(TIMER_GROUP_0,TIMER_0,
			timer_group0_isr,  //定时器中断回调函数
			(void*)TIMER_0,    //传递给定时器回调函数的参数
			ESP_INTR_FLAG_IRAM, //把中断放到 IRAM 中
			NULL //调用成功以后返回中断函数的地址,一般用不到
			);
	/*启动定时器*/
	timer_start(TIMER_GROUP_0,TIMER_0); //开始计数
}

/**
 * 定时器中断函数
 */
void IRAM_ATTR timer_group0_isr(void *para){
	//获取定时器分组0中的哪一个定时器产生了中断
	    uint32_t timer_intr = timer_group_get_intr_status_in_isr(TIMER_GROUP_0); //获取中断状态
	    if (timer_intr & TIMER_INTR_T0) {//定时器0分组的0号定时器产生中断
	        /*清除中断状态*/
	        timer_group_clr_intr_status_in_isr(TIMER_GROUP_0, TIMER_0);
	        /*重新使能定时器中断*/
	        timer_group_enable_alarm_in_isr(TIMER_GROUP_0, TIMER_0);
	    }
        /*led交替闪烁，时间为定时器时间2s*/
        if(led_flag==0){
        	led_flag =1;
        	led_on();
        }else{
        	led_flag=0;
        	led_off();
        }
}

定时器的初始化如上述代码Time_Init()中所示。主要涉及的API函数有：

timer_init() 定时器初始化函数；

timer_config_t config 定时器配置结构体，用于配置分频器，计数模式，计数器使能，报警使能，自动重载等。

timer_set_alarm_value() 设置警报值（中断），定时器一旦超过该值，会立即触发中断。

timer_enable_intr() 使能定时器中断

timer_isr_register 注册定时器中断函数

timer_start() 启动定时器

main函数：

#include "interrupt.h"
#include "driver/timer.h"
#include "time.h"
#include "led.h"
void app_main(void)
{
//	/**
//	 * 初始化GPIO
//	 */
	led_init();
//	inter_init();
	Time_Init();
    while(1) {
        //必须加延时,任务不能没有延时,否则导致任务无法切换.
        vTaskDelay(1000 / portTICK_RATE_MS);
    }
}

实验现象，在定时器的驱动下，LED每隔2秒，电平翻转一次。

软件定时器：

除了上述硬件定时器之外，还有软件定时器。软件定时器是在硬件定时器的基础之上实现的。软件定时器内部运行着一个1us的硬件定时器，而软件定时器的回调函数都放在了这个1us定时器的中断函数里面。

time2.h文件内容：

#ifndef COMPONENTS_TIME2_INCLUDE_TIME2_H_
#define COMPONENTS_TIME2_INCLUDE_TIME2_H_

#include <stdio.h>
#include "driver/timer.h"
#include "esp_timer.h"
#include "led.h"

void Time2_Init(); //定时器初始化
void esp_timer_cb(void *arg); //定时器中断函数

#endif /* COMPONENTS_TIME2_INCLUDE_TIME2_H_ */

time2.c文件内容：

#include "time2.h"

int led_flag = 0;
esp_timer_handle_t esp_timer_handle = 0; //定时器句柄

/**
 * 初始化软件定时器
 */
void Time2_Init(){
	//定时器结构体初始化
	esp_timer_create_args_t fw_timer = {
			.callback = &esp_timer_cb, //定时器回调函数
			.arg = NULL, //传递给回调函数的参数
			.name = "esp_timer", //定时器名称
	};

	/**
	 * 创建定时器
	 *     返回值为定时器句柄，用于后续对定时器进行其他操作。
	 */
	esp_err_t err = esp_timer_create(&fw_timer,&esp_timer_handle);
	//启动定时器 以循环方式启动定时器
	err = esp_timer_start_periodic(esp_timer_handle,1000*1000); //us级定时，1000*1000=1s
	//单次启动
	//err = esp_timer_start_once(esp_timer_handle, 1000 * 1000);
	if(err==ESP_OK){
		printf("ok!\r\n");
	}
}


/**
 * 定时器回调函数
 */
void esp_timer_cb(void *arg){
    /*led交替闪烁，时间为定时器时间2s*/
    if(led_flag==0){
    	led_flag =1;
    	led_on();
    }else{
    	led_flag=0;
    	led_off();
    }
}

上述软件定时器相当于对开始的硬件定时器进行了1us定时封装，省去了繁琐的配置过程，更易于开发过程。采用这种方法配置定时器用到的API函数有：

创建定时器函数：esp_timer_create();

函数原型	esp_err_t esp_timer_create（ const esp_timer_create_args_t* create_args, esp_timer_handle_t* out_handle ）
参数	create_args: 定时器结构体 typedef struct { esp_timer_cb_t callback; //定时器时间到回调 void* arg; //要传入回调的参数 esp_timer_dispatch_t dispatch_method; //从任务或 ISR 调用回调 const char* name; //定时器名称，esp_timer_dump 函数使用 } esp_timer_create_args_t; out_handle:定时器句柄
函数功能	创建定时器
返回值	ESP_OK：成功 ESP_ERR_INVALID_ARG : 参数错误 ESP_ERR_INVALID_STATE：定时器已经运行

启动单次定时器函数：esp_timer_start_once();

启动周期定时器函数：esp_timer_start_periodic();

函数原型	esp_err_t esp_timer_start_periodic( esp_timer_handle_t timer, uint64_t period )
参数	timer: 定时器句柄 period: 定时器定时周期，单位us,1000us=1ms
函数功能	启动周期定时器。
返回值	ESP_OK：成功 ESP_ERR_INVALID_ARG : 参数错误 ESP_ERR_INVALID_STATE：定时器已经运行