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STM32中的TIM模块简介及TIM中断详解

文章目录

  • 一、TIM简介
  • 二、定时器类型
  • 基本定时器
  • 通用定时器
  • 高级定时器
  • 三、定时中断基本结构
  • 四、时序图
  • 预分频器时序
  • 计数器时序
  • 计数器无预装时序
  • 计数器有预装时序
  • RCC时钟树
  • 五、定时器定时中断
  • 六、定时器外部时钟
  • 七、定时器库函数（tim.h）

    • 一、TIM简介

  • TIM（Timer）定时器
  • 定时器可以对输入的时钟（方波）进行计数，并在计数值达到设定值时触发中断
  • 输入时钟： 内部时钟，外部时钟
  • 对输入的时钟进行计数就是计时
  • 每个定时器都具备的3个核心：
  • 16位计数器【寄存器】
  • 16位预分频器【对计数器时钟分频】
  • 16位自动重装寄存器【计数的目标值】
  • 3个核心组成时基单元
  • 在72MHz时钟下可以实现最大59.65s（65536*65536/72MHZ）的定时（中断）
  • 72MHZ/65536=最小时钟分频（最大的周期）
  • 时钟分频倒数是周期，周期表示一个方波的时长，乘以重装值（方波的个数）就是定时（中断）的时长
  • 定时器支持级联，级联一个定时器：59.65* 65536* 65536
  • 不仅具备基本的定时中断功能，定时器还包含内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等多种功能
  • 根据复杂度和应用场景分为了高级定时器、通用定时器、基本定时器三种类型

    • 二、定时器类型


    注意：STM32F103C8T6定时器资源：TIM1、TIM2、TIM3、TIM4

    基本定时器

  • 只能连接内部时钟（72MHZ）
  • 预分频的值+1=实际的分频系数，例如预分频的值为1则表示分频系数为2，是2分频，则输出36MHZ
  • 自动重装寄存器满了可以触发更新中断（通往NVIC）和更新事件（不会触发中断，触发其他外设电路）
  • 计数器：对预分频后的时钟（方波）进行计数
  • 主模式触发DAC：防止主程序频繁被中断，通过主模式，将定时器的更新事件映射到触发输出，定时器的更新就无须通过更新中断来实现【类似于DMA控制器，实现硬件自动化】

    • 通用定时器

  • 通用定时器包含内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等多种功能

  • 通用定时器和高级定时器支持向上计数，向下技术，中央对齐模式

  • 编码器接口：读取正交编码器的输出波形

  • 该框图可以分为三个部分

  • 上面部分可以完成定时中断功能，内外时钟源选择和主从触发模式选择

  • 下面由输入捕获单元和输出比较电路组成

  • IC输入比较 ；CC捕获比较寄存器 ；OC输出比较

  • 外部时钟模式2：通过TIMx_ETR——触发控制器——时基单元

  • 外部时钟可以来自TIMx_ETR，如图所示PA0可以输入外部时钟给stm32，输入的方波可以经过极性选择，边沿检测，预分频器，输入滤波等将波形进行整形

  • 外部时钟模式1（用作触发输入）：通过TRGI——触发控制器——时基单元

  • TRGI当做外部时钟，时钟源来自多个地方
  • TRGI的输入可以是ETR（即TIMx_ETR）或ITR信号（即其他定时器）或TI1F_ED信号（输入捕获单元的CH1、CH2、CH3引脚）或TI1FP1和TI1FP2信号（CH1、CH2引脚的时钟）
  • 关于ITR信号：TRGO输出可以接到其他定时器，所以可以级联，而其他定时器的接入是设计在ITR信号部分
  • ITRX可以实现定时器级联功能
  • 关于TI1F_ED信号：ED表示上升沿和下降沿都有效

  • 各种定时器时钟源的GPIO配置

    • 高级定时器

  • DTG死区生成电路：可以驱动三相无刷电机，输出一对互补的的PWM波
  • BRK完成 刹车输入功能
  • 重复计数器：每隔几个计数周期才发送一次更新事件和更新中断（即对输出的信号再进行分频，定时时间更长）

    • 三、定时中断基本结构

  • RCC使能定时器，此时定时器的基准时钟和外设的工作时钟都设定好了

    • 中断源选择：

  • 外部中断：有中断引脚选择AFIO，例如配置GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource14);
  • 定时器中断：有中断输出控制，例如配置TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

  • 如通用定时器框图所示，一个定时器中包含多个中断源如TGI，计数器值等于重装值，输入捕获与输出比较匹配时，参数可以选择如下

    void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState)
@param  TIM_IT: specifies the TIM interrupts sources to be enabled or disabled.
*   This parameter can be any combination of the following values:
*     @arg TIM_IT_Update: TIM update Interrupt source
*     @arg TIM_IT_CC1: TIM Capture Compare 1 Interrupt source
*     @arg TIM_IT_CC2: TIM Capture Compare 2 Interrupt source
*     @arg TIM_IT_CC3: TIM Capture Compare 3 Interrupt source
*     @arg TIM_IT_CC4: TIM Capture Compare 4 Interrupt source
*     @arg TIM_IT_COM: TIM Commutation Interrupt source
*     @arg TIM_IT_Trigger: TIM Trigger Interrupt source
*     @arg TIM_IT_Break: TIM Break Interrupt source

    • 四、时序图

    预分频器时序

  • 计数器计数频率：CK_CNT = CK_PSC / (PSC + 1)【预分频的值+1=实际的分频系数】

  • 当计数到一半改变分频值，不会从那个时刻修改，而是等本次计数周期结束后才开始【结束会产生更新事件，预分频寄存器的值才会传递到预分频缓冲器，下一个周期才会起作用】

  • CK_PSC与CK_CNT的关系

  • 预分频寄存器实际上有两个，一个是供用户读写使用的预分频控制寄存器，该寄存器不会决定分配系数，另一个是缓冲寄存器（影子寄存器），真正起作用

    • 计数器时序


    计数器溢出频率：CK_CNT_OV = CK_CNT / (ARR + 1)= CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)

    例如：定时1s时间计算psc和arr：

  • 定时1s表示计数溢出频率是1HZ
  • 而计数器溢出频率：CK_CNT_OV = CK_CNT / (ARR + 1)=CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)
  • 所以只要满足(PSC + 1) / (ARR + 1) = 72000000即可
  • psc=7200-1
  • arr = 10000-1

    • 自动重装寄存器有缓冲寄存器可以使用，使用则是有预装，不使用则是无预装，通过设置ARPE位进行设置

    计数器无预装时序

  • 更改自动加载寄存器时为36，此时计数器计数到36会触发中断更新

    • 计数器有预装时序

  • 更改自动加载寄存器时为36，由于设置了缓冲寄存器，此时由自动加载影子寄存器起作用，到F5时才重新计数
  • 引入缓冲寄存器的目的是为了让值的变化与更新事件同步，防止运行过程中造成错误

    • RCC时钟树

  • 任何一个时钟源都可以开启或关闭，任何一个外设的时钟也可以被开启或关闭，将系统功耗降到最低
  • SystemInit（）就是用来配置时钟树
  • 首先启动内部8MHZ高速RC振荡器作为系统时钟
  • 然后启动外部4-16MHZ高速石英晶体振荡器，进入PLL锁相环倍频到72MHZ，选择锁相环输出为系统时钟
  • 中间的SYSCLK就是系统时钟72MHZ
  • 进入AHB预分频器，当SystemInit（）设置为1的时候就是不分频，还是72MHZ
  • APB1总线配置的系数是2，分频后为36MHZ，由于下面的支路会将频率扩大2倍，所以stm32中所有的定时器的预分频还是72MHZ。
  • 关于与门控制，就是通过该函数（RCC_APB1/2PeriphClockCmd（））进行控制，
  • 时钟产生电路有四个震荡源：
  • 内部8MHZ高速RC振荡器
  • 外部4-16MHZ高速石英晶体振荡器（晶振），比内部8MHZ高速RC振荡器稳定
  • 外部32.768MHZ低速晶振，给RTC提供时钟
  • 内部40KHZ低速RC振荡器，给看门狗提供时钟
  • CSS：时钟安全系统：检测外部时钟运行状态，一旦外部时钟失效就会切换到内部时钟
  • 关系图：

    • 五、定时器定时中断

    Timer.c

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header

uint16_t Num;

void Timer_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);//选择内部时钟源，如果是使用内部时钟可以不写
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//时钟分频，有1分频2分频和4分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//计数器模式，向上、向下、中央对齐
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000 - 1;//重装值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;//预分频值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;//高级定时器的重复次数寄存器
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);//配置时基单元
	
	TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);//在非中断函数中清除定时中断标志位
	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);//使能该定时器外设的中断输出控制（常见）
	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;//stm32f10x.h中对应型号的参数
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);//运行控制，使能计数器，让其工作
}

//定时器中断函数
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	//中断函数中查看标志位
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		Num ++;
		//中断函数中清除标志位
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}
  • .h头文件的声明里面省略了extern

    • 六、定时器外部时钟

    Timer.c

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header

uint16_t Num;

void Timer_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//PA0可以作为TIMx_ETR信号输入端
	
	TIM_ETRClockMode2Config(TIM2, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted, 0x0F);//第二个参数是预分频器，第三个参数是外部触发的极性，第一是反向，低电平或下降沿有效，第二个是不反向，高电平或上升沿有效，最后一个参数是外部触发滤波器，通过设置16进制来设定采样频率和采样个数
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10 - 1;//重装值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;//预分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

uint16_t Timer_GetCounter(void)
{
	return TIM_GetCounter(TIM2);//获取计数器的值
}


void TIM2_IRQHandler(void)
{
	//中断函数中查看标志位
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		Num ++;
		//中断函数中清除标志位
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}

    七、定时器库函数（tim.h）

    void TIM_DeInit(TIM_TypeDef* TIMx);//恢复缺省配置
void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);//定时器时基单元配置
void TIM_TimeBaseStructInit(TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);
void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);//使能运行控制
void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState);//使能中断输出信号
void TIM_InternalClockConfig(TIM_TypeDef* TIMx);//内部时钟模式
void TIM_ITRxExternalClockConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_InputTriggerSource);//ITx其他定时器模式
void TIM_TIxExternalClockConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_TIxExternalCLKSource,uint16_t TIM_ICPolarity, uint16_t ICFilter);//TIx捕获通道
void TIM_ETRClockMode1Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ExtTRGPrescaler, uint16_t TIM_ExtTRGPolarity,uint16_t ExtTRGFilter);//ETR外部时钟模式1
void TIM_ETRClockMode2Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ExtTRGPrescaler,uint16_t TIM_ExtTRGPolarity, uint16_t ExtTRGFilter);//ETR外部时钟模式2
void TIM_ETRConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ExtTRGPrescaler, uint16_t TIM_ExtTRGPolarity,uint16_t ExtTRGFilter);//不是配置时钟，而是设置ETR引脚的预分频器，极性，滤波器扥
void TIM_PrescalerConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Prescaler, uint16_t TIM_PSCReloadMode);//单独设置预分频值
void TIM_CounterModeConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_CounterMode);//改变计数器计数模式
void TIM_ARRPreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);//自动重装器是否设置预装功能
void TIM_SetCounter(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Counter);//给计数器写入一个值
void TIM_SetAutoreload(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Autoreload);//给自动重装器写入一个值
uint16_t TIM_GetCounter(TIM_TypeDef* TIMx);//获取当前计数器的值
uint16_t TIM_GetPrescaler(TIM_TypeDef* TIMx);//获取当前预分频的值
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);

    参考视频：江科大自化协

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