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STM32定时器TIM详解及代码示例

1.什么是定时器

定时器 (Timer) ，是一种用于计时和计数的硬件设备。定时器通常由计算机系统中的微处理器或微控制器提供，用于进行各种定时和计数操作。

2.定时器的常见应用

在单片机中，定时器常常用于测量时间间隔、计算频率、实现定时中断等。可以根据需要执行周期性计算或触发特定事件。

3.定时器的工作原理

当定时器开始工作时，定时器可以对输入的时钟进行计数，并在计数值达到设定值时触发中断或事件。

补充：

        中断：中断会通往NVIC，再配置NVIC的定时器通道，那么定时器的更新中断就能够得到CPU的响应了。

        事件：更新事件不会触发中断，但是会触发其他电路（外设）的工作。不用CPU干预，实现了硬件自动化。

4.定时器的基本单元

定时器的基本单元也称时基单元，由计数器（CNT，Counter）、预分频器（PSC,Prescaler）、自动重装寄存器（ARR，AutoReloadRegister）组成。

计数器：用来计数定时的一个寄存器，每来一个时钟，计数器加1。

预分频器：可以对计数器的时钟进行分频，让计数更加灵活。比如72Mhz的时钟，不分频就是72Mhz，1分频，就是72/2=36Mhz，依次类推…

自动重装器：就是计数的目标值，计多少个时钟申请中断。当计数值=自动重装寄存器的值时，就是计时时间到了，自动重装寄存器会产生一个中断信号，并且清0计数器。计数器自动开始下一次的计数计时。比如自动重装器设置为10，当计数器累加到10时，申请中断，并且计数器清0。

下图是时基单元的简单结构图：

5.定时器的分类

定时器主要分为高级定时器、通用定时器、基本定时器。

6.基本定时器原理图

基本流程：基准时钟→预分频器→计数器（计数器计数自增，同时不断地与自动重装寄存器进行比较，它俩值相等时，即计时时间到，这时会产生一个更新中断or更新事件。CPU响应更新中断，就完成了定时中断的任务。）

注：UI表示中断或DMA输出，U表示事件；基本定时器的时钟源只有内部时钟（72MHZ），没有外部时钟。

7.通用定时器原理图

与基本定时器相比，通用定时器的时钟源就比较多了，分别有：RCC内部时钟、ETR外部时钟、ITRx定时器时钟、TIx捕获通道。

1.TIMx_ETR引脚上的外部时钟

stm32F103的单片机的ETR(External)引脚的位置对应的是PA0。可以在ETR引脚接一个外部方波时钟，然后配置下内部的极性选择、边沿检测、和预分频器，再配置输入滤波电路，对外部时钟电路进行一定的整形。滤波后的信号兵分两路，上面一路ETRF进入触发控制器，紧跟着就可以选择作为时基单元的时钟了，如果想在ETR外部引脚提供时钟，或者想对ETR进行计数，把这个定时器当做计数器来使用，那就可以配置这一路的电路，这一路也叫“外部时钟模式2”（橙色线）。

2.TRGI(Trigger In)

除了外部ETR引脚可以提供时钟外，下面还有一路可以提供时钟，就是TRGI(Trigger In)，主要是用作触发输入来使用的，触发输入可以触发定时器的从模式，TRGI也可以作为外部时钟使用，当这个TRGI当做外部时钟来使用的时候，这一路就叫做“外部时钟模式1”（红色线）。

3.ITR信号

这一部分的时钟信号是来自其他定时器的，图右边可以看出，主模式的TRGO可以通向其他定时器，通向其他定时器的时候，就接到了其他定时器的ITR引脚上了，ITR0~ITR3分别来自其他4个定时器的TRGO输出（定时器与定时器相连，实现定时器级联的功能）（绿色线）。

如：初始化TIM3，使用主模式把TIM3的更新事件映射到TRGO上，接着初始化TIM2，这里选择ITR2，对应的就是TIM3的TRGO。（TIM3的TRGO接到TIM2的ITR2上）这样TIM3的更新事件就可以驱动TIM2的时基单元，就实现了定时器级联。

4.TI1F_ED:

ED(Edge，边沿)连接的是输入捕获单元的CH1引脚,也就是从CH1（channel 1，通道1）引脚获得时钟（紫色线）。

补充：还有两个时钟源：TI1FP1连接到CH1引脚的时钟，TI2FP2连接到CH2引脚的时钟。

8.定时器的整体工作流程

1.选择时钟源（内部时钟或外部时钟）

2.对时钟源进行分频

3.分频后得到的新的时钟源作为计数器的输入，驱动计数器计数

4.计数器计数时，不断对比自动重装寄存器的数值，如果计数值=自动重装寄存器的值，计数器清0，产生中断与事件。

下图是定时器流程的简单结构图：

9.定时器的相关公式

计数器计数频率：CK_CNT = CK_PSC / (PSC + 1)

CK_PSC为时钟源的频率，(PSC + 1)分频系数，如：CK_PSC为内部主时钟72Mhz，PSC + 1分频系数为2，得到的计数器计数频率为72Mhz/2=36Mhz。

为什么是PSC+1而不是PSC？因为规定分频是从0开始，如0分频就是不分频，PSC=1代表二分频，依次类推…只是大家都习惯这样，这里需要注意下。

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

举例：现在预分频PSC=1，即二分频，主频72MHZ，二分频就是36MHZ（1秒跳36M次）,ARR+1=10，就表明，跳10次，自动清零，并从零开始重新计数。计数器的溢出频率为72M/2/10=3.6Mhz,溢出时间为1/3.6Mhz。

10.定时器相关代码

内部时钟代码部分：

流程：RCC开启时钟→选择时钟源→配置时基单元→配置输出中断控制（允许更新中断输出到NVIC）→配置NVIC（在NVIC中打开定时器中断的通道，并分配一个优先级）→运行控制（使能计数器，否则计数器不会运行）

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

//定时器中断初始化
void Timer_Init(void)
{
	//本代码初始化的是TIM2的定时器
	//1.开启时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
  
	//2.选择时基单元的时钟源(是内部时钟还是外部时钟)
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
  
	//3.配置时基单元
	//声明一个时基时钟的实参
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	//配置分频，滤波时选择的频率
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	//计数器模式
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	//ARR自动重装器的值,10KHz计10k个数，就是1s。 (0~65535)
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000-1;//ARR
	//PSC预分频器的值.72MHz/7200 = 10KHz        (0~65535)
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200-1;//PSC
	//重复计数器的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);
	//清除更新中断标志位
	TIM_ClearFlag(TIM2,TIM_FLAG_Update);
	//4.中断输出控制--使能更新中断(开启了更新中断到NVIC的通路)
	TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);
  
	
	//5.配置NVIC  IRQ:interrupt request 请求中断
  //配置优先级分组:先占（抢占）优先级or从占（响应）优先级，主要引用于中断多，有中  断冲突的时候。这个分组的方式整个代码工程只能用一种。
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//NVIC分组
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;//抢占优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//响应优先级
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	//6.启动定时器
	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
}

//中断函数
//当定时器产生更新中断时，这个函数会被自动执行。

void TIM2_IRQHandler(void)
{
	//判断中断标志位是否处于中断状态
	if (TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update) == SET)
	{
		
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);
	}
}

定时器外部时钟（时钟使用外部给的传感器）

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

//定时器中断初始化
void Timer_Init(void)
{
	//本代码初始化的是TIM2的定时器
	//1.开启时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
	
	//初始化GPIO
	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);
	
	//2.选择时基单元的时钟(是内部时钟还是外部时钟)
	TIM_ETRClockMode2Config(TIM2,TIM_ExtTRGPSC_OFF,TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted,0x00);
	//3.配置时基单元
	//声明一个时基时钟的实参
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	//配置分频，滤波时选择的频率
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	//计数器模式
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	//ARR自动重装器的值,10KHz计10k个数，就是1s。
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10-1;
	//PSC预分频器的值.72MHz/7200 = 10KHz
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1-1;
	//重复计数器的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	//清除更新中断标志位
	TIM_ClearFlag(TIM2,TIM_FLAG_Update);
	//3.使能更新中断
	TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);
	
	//4.配置NVIC  IRQ:interrupt request 请求中断
	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);
	//5.启动定时器
	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
}


uint16_t Timer_GetCounter(void)
{
	return TIM_GetCounter(TIM2);
}

//中断函数
//当定时器产生更新中断时，这个函数会被自动执行。
/*
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	//判断中断标志位是否处于中断状态
	if (TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update) == SET)
	{
		
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);
	}
}
*/

注：由于该篇幅过长，PWM将在下一篇更新~~~

作者：trust me 6

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