TIM定时器功能详解

一、TIM

        TIM（Timer）定时器。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。

        时基单元：16位的计数器、预分频器和自动重装寄存器。

        定时器类型：高级定时器、通用定时器、基本定时器。

        STM32F103C8T6有TIM1、TIM2、TIM3、TIM4四个定时器。

二、定时器结构

1.基本定时器

        定时中断：只能选择内部时钟72MHz，直接连接到PSC（预分频器），PSC是16位（0-65535），连接到CNT（计数器），CNT是16位（0-65535），CNT的值与ARR（自动重装寄存器）设定的值比较，大于自动重装寄存器进入更新中断或更新事件，并且自动清零CNT。

        主模式触发DAC：进入更新事件直接连到TRGO，然后至DAC触发转换引脚。

2.通用定时器

        内外时钟源选择：内部时钟源72MHz；外部时钟源有TIMx_ETR、TRGI。其中TRGI输入有TIMx_ETR引脚、其他定时器、TIMx_CH1引脚边沿、TIMx_CH1引脚、TIMx_CH2引脚。

        主从触发模式：主模式将更新事件映射到TRGO上，连接至其他定时器或DAC/ADC。

3.高级定时器

三、定时中断基本结构

四、时序

1.预分频器时序

2.计数器时序

3.RCC时钟树

五、内外时钟源选择实验

1.定时器定时中断

①实验现象

        在OLED显示屏，第一行显示Number：数值，数值每隔1秒加1；第二行显示计数器的值。

②硬件设计

③软件设计

用到OLED模块。

Timer.c

Timer.h

main.c

④用到函数

外设时钟使能或失能：RCC_APB1PeriphClockCmd

配置内部时钟：TIM_InternalClockConfig

时基单元初始化：TIM_TimeBaseInit

时基单元结构体重命名：TIM_TimeBaseInitTypeDef

TIM中断标志位清零：TIM_ClearFlag

中断配置：TIM_ITConfig

NVIC优先级分组：NVIC_PrierityGroupConfig

NVIC初始化：NVIC_Init

NVIC结构体重命名：NVIC_InitStructure

定时器使能：TIM_Cmd

定时器是否触发中断：TIM_GetITStatus

定时器清除中断：TIM_ClearITPendingBit

2.定时器外部时钟

①实验现象

        OLED第一行显示Number：数值，第二行显示Counte：数值。Counte加到10，Number加1，然后Counte从零开始再加。

②硬件设计

③软件设计

用到OLED模块。

Timer.c

Timer.h

main.c

④用到函数

外设时钟使能：RCC_APB1PeriphClockCmd、RCC_APB2PreiphClockCmd

GPIO初始化：GPIO_Init

GPIO结构体重命名：GPIO_InitStructure

外部时钟模式2配置：TIM_ETRClockMode2Config

时基单元初始化：TIM_TimeBaseInit

时基单元结构体重命名：TIM_TimeBaseInitTypeDef

清除标志位：TIM_ClearFlag

中断配置：TIM_ITConfig

NVIC优先级分组配置：NVIC_PrierityGroupConfig

NVIC初始化：NVIC_Init

NVIC结构体重命名：NVIC_InitTypeDef

定时器使能：TIM_Cmd

定时器是否申请中断：TIM_GetITStatus

清除定时器申请中断：TIM_ClearITPendingBit

六、输出比较实验

1.输出比较简介

        OC（Output Compare）输出比较。输出比较可以比较CNT（计数器）和CCR（捕获/比较寄存器）的值，来对输出电平进行置1、置0或翻转操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形。

        每个高级定时器和通用定时器都有4个输出比较通道，高级定时器前三个通道额外拥有死区生成和互补输出功能。

2.PWM简介

        PWM（Pulse Width Modulation），脉冲宽度调制。在具有惯性系统中，可以通过对一系列脉冲宽度进行调制，来等效获得所需模拟参量。

        PWM参数：频率=1/Ts；占空比=Ton/Ts；分辨率=占空比步距变化。

3.捕获/比较通道的输出部分

        CNT（计数器）与CCR（捕获/比较寄存器）比较，CNT>=CCR，输出控制寄存器的REF（参考信号），可以至主模式控制器，也可以至从模式，CC1P进行极性选择，然后到输出使能电路，然后输出。

4.输出比较模式

        有效电平就是高电平，无效电平就是低电平。

5.PWM基本结构

6.PWM参数计算

7.舵机简介

        舵机是一种根据输入PWM信号占空比来控制输出角度的。输入PWM信号的要求周期为20ms，高电平宽度为0.5ms-2.5ms。

        舵机硬件电路，如下图所示：

        舵机使用说明，如下图所示：

8.直流电机及驱动简介

        直流电机是一种将电能转换成机械能的装置。有两个电极，正接正转，反接反转。直流电机属于大功率器件，GPIO口无法直接驱动，需要用到电机驱动电路。TB6612是一款双路H桥型直流电机驱动芯片，可以驱动两个电机的转速和方向。

        TB6612芯片硬件电路，如下图所示：

        TB6612使用说明，如下图所示：

9.PWM驱动LED呼吸灯

①实验现象

        LED灯先逐渐变亮，再逐渐变暗。

②硬件设计

③软件设计

用到Delay模块。

PWM.c

PWM.h

main.c

④用到函数

外设时钟使能：RCC_APB1PeriphClockCmd、RCC_APB2PeriphClockCmd

GPIO初始化：GPIO_Init

GPIO结构体重命名：GPIO_InitTypeDef

内部时钟配置：TIM_IniternalClockConfig

时基单元初始化：TIM_TimeBaseInit

时基单元结构体重命名：TIM_TimeBaseInitTypedef

时基单元结构体初始化：TIM_TimeBaseStructInit

输出比较单元初始化：TIM_OC1Init

输出比较单元结构体重命名：TIM_OCInitTypeDef

输出比较单元结构体初始化：TIM_OCStructInit

设置输出比较寄存器：TIM_SetCompear1

10.PWM驱动舵机

①实验现象

        按键按下，舵机旋转30°，当舵机旋转到180°时，舵机回到0°。在OLED上显示Angle：角度。

②硬件设计

③软件设计

用到OLED、Delay模块。

Key.c

Key.h

PWM.c

PWM.h

Servo.c

Servo.h

main.c

④用到函数

外设时钟使能：RCC_APB2PeriphClockCmd、GPIO_APB1PeriphClockCmd

GPIO初始化：GPIO_Init

GPIO结构体重命名：GPIO_InitTypeDef

读取输入数据：GPIO_ReadInputDataBit

内部时钟配置：TIM_InternalClockConfig

时基单元初始化：TIM_TimeBaseInit

时基单元结构体重命名：TIM_TimeBaseInitTypeDef

时基单元结构体初始化：TIM_TimeBaseStructInit

输出比较单元初始化：TIM_OC2Init

输出比较单元结构体重命名：TIM_OCInitTypeDef

输出比较单元结构体初始化：TIM_OCStructInit

定时器使能：TIM_Cmd

设置输出比较寄存器：TIM_SetCompear2

11.PWM驱动直流电机

①实验现象

        当按键按下，电机速度加20，到100时，电机反转；按键再按下速度也加20。OLED屏幕显示速度。

②硬件设计

③软件设计

用到OLED、Delay模块。

Key.c

Key.h

PWM.c

PWM.h

Motor.c

Motor.h

main.c

④用到函数

外设时钟使能：RCC_APB2PeriphClockCmd、RCC_APB1PeriphClockCmd

GPIO初始化：GPIO_Init

GPIO结构体重命名：GPIO_InitTypeDef

读取输入数据：GPIO_ReadInputDataBit

内部时钟配置：TIM_InternalClockConfig

时基单元初始化：TIM_TimeBaseInit

时基单元结构体重命名：TIM_TimeBaseInitTypeDef

时基单元结构体初始化：TIM_TimeBaseStructInit

输出比较单元初始化：TIM_OC3Init

输出比较单元结构体重命名：TIM_OCInitTypeDef

输出比较单元结构体初始化：TIM_OCStructInit

定时器使能：TIM_Cmd

设置输出比较寄存器：TIM_SetCompare3

设置GPIO高电平：GPIO_SetBits

设置GPIO低电平：GPIO_ResetBits

七、输入捕获实验

1.输入捕获简介

        IC（Input Capture）输入捕获。在输入捕获模式下，当通道输入引脚出现指定电平跳变时，当前CNT的值将被锁存在CCR中。可用于测量PWM波形的频率、占空比、脉冲间隔、电平持续时间等参数。

        高级定时器和通用定时器都有4个输入捕获通道。

2.频率测量

        测频法：闸门时间T内，对上升沿进行计次，得到N，则fx=N/T。适合高频信号。

        测周法：两个上升沿内，以标准频率fc计次，得到N，则fx=fc/N。时候低频信号。

        中界频率：测频法与测周法误差相等的频率点。fm=根号下fc/T。

3.输入捕获通道工作原理

        TIMx_CHx输入，经过异或（三相无刷电机）给TI1（通道1）。

        TIMx_CHx输入，给TIx至输入滤波器和边沿检测器，PWMI模式下可以单独设置输入滤波器和边沿测测器至两个通道，经过ICx至预分频器，产生一个更新事件，使捕获/比较寄存器所存CNT的值。

4.主从触发模式

        主模式TIM信号控制别的外设，从模式触发源选择控制自己。

5.输入捕获基本结构

6.PWMI基本结构

7.输入捕获模式测频率

①实验现象

        OLED上显示频率。

②硬件设计

③软件设计

用到OLED模块。

PWM.c

PWM.h

IC.c

IC.h

main.c

④用到函数

外设时钟使能：RCC_APB1PeriphClockCmd、RCC_APB2PeriphClockCmd

GPIO初始化：GPIO_Init

GPIO结构体重命名：GPIO_InitTypeDef

内部时钟配置：TIM_InternalClockConfig

时基单元初始化：TIM_TimeBaseInit

时基单元结构体重命名：TIM_TimeBaseInitTypeDef

时基单元结构体赋初值：TIM_TimeBaseStructInit

输出比较单元初始化：TIM_OC1Init

输出比较单元结构体重命名：TIM_OCInitTypeDef

输出比较单元结构体初始化：TIM_OCStructInit

输入捕获单元初始化：TIM_ICInit

输入捕获单元结构体重命名：TIM_ICInitTypeDef

触发源选择：TIM_SelectInputTrigger

从模式选择：TIM_SelectSlaveMode

TIM使能：TIM_Cmd

设置CCR：TIM_SetCompare1

PSC配置：TIM_PrescalerConfig

返回CCR的值：TIM_GetCapture1

8.PWMI模式测量频率和占空比

①实验现象

        在OLED上显示频率和占空比。

②硬件设计

③软件设计

用到OLED、PWM模块。

IC.c

IC.h

main.c

④用到函数

外设时钟使能：RCC_APB1PeriphClockCmd、RCC_APB2PeriphClockCmd

GPIO初始化：GPIO_Init

GPIO结构体重命名：GPIO_InitTypeDef

内部时钟配置：TIM_InternalClockConfig

时基单元初始化：TIM_TimeBaseInit

时基单元结构体重命名：TIM_TimeBaseInitTypeDef

时基单元结构体赋初值：TIM_TimeBaseStructInit

输入捕获单元初始化：TIM_ICInit

输入捕获单元结构体重命名：TIM_ICInitTypeDef

PWMI配置：TIM_PWMIConfig

触发源选择：TIM_SelectInputTrigger

从模式选择：TIM_SelectSlaveMode

TIM使能：TIM_Cmd

CCR值返回：TIM_GetCapture1、TIM_GetCapture2

八、编码器接口实验

1.编码器接口简介

        编码器接口（Encoder Interface），可以接收正交编码器信号，根据编码器旋转产生的正交信号脉冲，自动控制CNT自增或自减，从而指示编码器的位置、旋转方向和旋转速度。

        每个高级定时器和通用定时器都拥有1个编码器接口。两个输入引脚借用了输入捕获的通道1和通道2。

2.正交编码器

        正转时，A相提前B相90°；反转时，B相提前A相90°。

3.编码器接口工作原理

        TIMx_CH1、TIMx_CH2连接编码器A、B相接口输入；输出根据旋转方向使CNT自增或自减。

4.编码器接口基本结构

5.工作模式

        一共有三种计数模式。

6.实例

①均不反相

②TI1反相

7.TIM编码器接口测速

①实验现象

        OLED上显示旋转编码器速度。

②硬件设计

③软件设计

用到OLED模块。

Timer.c

Timer.h

Encoder.c

Encoder.h

main.c

④用到函数

外设时钟使能：RCC_APB1PeriphClockCmd、RCC_APB2PeriphClockCmd

GPIO初始化：GPIO_Init

GPIO结构体重命名：GPIO_InitTypedef

内部时钟配置：TIM_InternalClockConfig

时基单元初始化：TIM_TimeBaseInit

时基单元结构体重命名：TIM_TimeBaseInitTypeDef

时基单元结构体赋初值：TIM_TimeBaseStructInit

清除标志位：TIM_ClearFlag

中断配置：TIM_ITConfig

NVIC优先级分组：NVIC_PriorityGroupConfig

NVIC初始化：NVIC_Init

NVIC结构体重命名：NVIC_InitTypeDef

输入捕获初始化：TIM_ICInit

输入捕获结构体重命名：TIM_ICInitTypeDef

输入捕获结构体初始化：TIM_ICStructInit

编码器接口配置：TIM_EncoderInterfaceConfig

TIM使能：TIM_Cmd

是否申请中断：TIM_GetITStatus

清除中断：TIM_ClearITPendingBit

作者：嵌入式@小王