代码收藏家技术教程 2024-08-07

STM32定时器

一、STM32定时/计数器概述

定时器可以对输入的脉冲进行计数，并在计数值达到设定值时触发中断，同时也可以进行计时

时基单元：16位预分频器PSC、16位计数器CNT、16位自动重装载寄存器ARR，在72MHz计数时钟下可以实现最大59.65s的定时

1.1 定时器类型

主要功能	高级定时器	通用定时器	基本定时器
更新中断和DMA（直接存储器访问）	√	√	√
计数方向	向下、向上、双向	向下、向上、双向	向上
内外时钟源选择	√	√
其他定时器触发或级联	√	√
输入捕获、输出比较	√	√
单脉冲输出方式	√	√
正交编码器输入	√	√
霍尔传感器输入	√	√
输出比较信号死区生产	√
制动信号输入	√

STM32芯片最多包含8个定时/计数器，其中
STM32F103C8T6定时器资源：TIM1、
TIM2
、
TIM3
、
TIM4

基本定时器
：集成了1个16位自动加载递增计数器、1个16位预分频器、1个16位自动重装载寄存器。可以作为定时器提供时间基准，特别的，
为DAC提供时钟，在芯片内部直接连接到DAC并通过触发输出直接驱动DAC

通用定时器
：集成了1个16位自动加载递增/递减计数器、1个16位预分频器、1个16位自动重装载寄存器
和4个独立通道。每个通道都可以用于输入捕获（测量输入信号的脉冲长度）、输出比较（PWM输出）和单脉冲输出

高级定时器
：集成了1个16位自动加载递增/递减计数器、1个16位预分频器、1个16位自动重装载寄存器和4个独立通道。通道的功能与通用定时器相同。高级定时器可以看作分配到6个通道的三相PWM发生器，它具有
带死区插入的PWM输出
，还可以作为通用定时器使用

上述三类定时器均可使用内部时钟源8MHz，均可以产生中断和DMA（直接寄存器访问）请求。除了基本定时器只有向上计数方式，其他两类均有向上、向下和双向3种计数方式

此外，STM2还具有
2个看门狗定时器和1个
系统滴答定时器（24位递减计数器）

1.2 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），然后从0开始并产生一个上溢事件。每次计数溢出时，可产生一个更新事件，所有寄存器都被更新同时置更新标志位

（2）向下计数模式：

计数器从自动加载值（TIMx_ARR）向下计数到0，然后从ARR开始并产生一个
下溢事件。每次计数溢出时，可产生一个更新事件，所有寄存器都被更新同时置更新标志位

（3）中央对齐模式：

在中央对齐模式，计数器从0
开始计数到
自动加载的值(TIMx_ARR寄存器)
− 1
，产生一个计数器上溢事件，然后向下计数到1
并且产生一个计数器下溢事件；然后再从
0
开始重新计数。

1.3 时钟源

1.3.1 内部时钟（CK_INT）

当使用
内部时钟时，计数器对内部脉冲时钟进行计数，属于
定时功能

1.3.2 外部时钟模式1（外部输入引脚TIx）

计数器对输入通道的
TI1F_ED（上升沿、下降沿均有效）或这
TI1FP1、TI2FP2的每个上升沿下降沿进行计数，属于
计数功能

1.3.3 外部时钟模式2（外部触发输入ETR，External Trigger Input）

计数器对外部触发引脚
（TIMx_ETR）进行计数，属于
计数功能

1.3.4 内部触发输入（ITR，Internal Trigger Input）

使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器

二、STM32定时器的结构（以通用定时器为例）

通用定时器主要包括1个外部触发引脚（TIMx_ETR，External Trigger Input），4个输入/输出通道（TIMx_CHx），1个内部时钟，1个触发控制器，一个时钟单元（预分频器PSC、自动重装载寄存器ARR和计数器CNT）

（1）定时/计数中断

预分频器对时钟信号进行分频，之后CNT计数器可以对分频后的时钟信号进行计数，当达到自动重装载寄存器ARR的值（向上计数）后，产生一个更新事件

实际分频系数=预分频器的值+1

计数频率：CK_CNT = CK_PSC / (PSC + 1)

溢出频率：CNT_OV = CK_PSC / (PSC + 1) / ARR

值得注意的是，
预分频器PSC、自动重装载寄存器ARR和4个捕获/比较寄存器都有一个在物理上与其对应的寄存器，称为
影子寄存器（阴影部分）。

预装载寄存器可以用程序读写，但影子寄存器无法被读写，在实际中
真正起作用的是影子寄存器。根据TIMx_CR1寄存器中自动装载预装载使能位（ARPE）的设置，预装载寄存器的内容被立即或每次产生更新事件时传入影子寄存器

（2）输出比较（Output Compare,OC）

输出比较可以通过
比较CNT与CCR
（捕获/比较）
寄存器值的关系，来对输出电平进行置1、置0或翻转
的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM
波形

①PWM频率与定时器的溢出频率相同

Freq = 时钟源频率 / 预分频系数 / 自动给重装载寄存器的值

（时钟源频率 / 预分频系数 = 计数的频率；计数的频率 / 目标值 = 溢出频率

②占空比：Duty = CCR/(ARR + 1)

③分辨率：占空比的变化步距

输出比较：CNT寄存器与CCR寄存器进行比较，当达到某个条件后，按照输出模式进行输出
OC1REF（reference，输出参考信号），可以输出至主模式控制器，还可以通过输出极性配置进行输出

输出比较模式：

（3）输入捕获模式（Input Capture）

频率测量：

①测频法：在既定的时间T内，测量上升沿或下降沿的次数N，每来一个边沿信号则认为是一个周期（
适用高频信号）

Freq = N / T

②测周法：在两个相同且相邻的边沿信号内以标准频率f进行计次N（
适用低频信号）

Freq = f / N

③中界频率：由于上述两种频率都会产生±1的误差，当N的值越大，其误差的影响就越小。当N相同时，则可得到中界频率（小于此频率，选用测周法比较合适；大于此频率，选用测频法比较合适）

※主从触发模式

主模式：
可以将定时器中的内部信号，输出至TRGO引脚，用于触发其他外设

从模式：
接收其他外设或自身的一些信号，用于控制自身定时器的运行

触发源：选择从模式的触发信号源

输入捕获的结构框图：

输入捕获测量波形频率的基本思想：

频率：当遇到输入波形的上升沿时，将
CNT中的值锁存到CCR1中，并
利用从模式实现CNT自动清0，当遇到下一个上升沿时，依然进行锁存，清零。此时已为一个波形的周期。CCR中存放一个完整周期的计数值。因此：标准频率 / （CCR+1）即为输入波形频率（由于CNT是从0开始计数，所以各个CCR的值都需要加1）

PWMI的结构框图：

测量PWM波形的频率和占空比的基本思想：

占空比：当遇到输入波形的上升沿时，将CNT中的值锁存到CCR1中，并利用从模式实现CNT自动清0，当遇到下降沿时，通过通道2，将CNT中的值锁存到CCR2中.当遇到下一个上升沿时，依然进行锁存，清零。此时已为一个波形的周期。CCR2中存放高电平时，计数的个数；CCR1存放一个周期内，计数的个数。当然，整个计数的频率都是相同的，因此：CCR2/CCR1即为占空比，由于CCR1<CCR2，若想使其显示百分比的形式，需要给CCR2✖100，即可（由于CNT是从0开始计数，所以CCR的值都需要加1）

频率：在一个完整的周期内，在标准频率下，CNT计数值锁存在CCR1中。因此：

标准频率 / （CCR1 + 1）即为波形频率（由于CNT是从0开始计数，所以各个CCR的值都需要加1）

（4）编码器接口（Encoder Interface）

正交信号：一个信号相对于另一路信号超前或滞后90°

当电机转的越快，其输出的方波频率就越高。简而言之，
方波频率代表了速度

优点：①精度高，A、B相均可以计次，频率相当于提高了一倍

②
抗噪声，正交信号是交替跳变的，当一个信号因噪声干扰跳变，另一个信号不变，使得计次值不会增加

工作流程：

编码器的正交信号，分别通过通道1和通道2输入，之后通过编码器接口，控制计数器的计数时钟和计数方向

在输入通道中会遇到极性选择，而
编码器的上升沿和下降沿均有效（CNT均计次）。此时，
极性选择表示高低电平的选择，
上升沿：高、低电平均不反转；下降沿：高、低电平均反转

编码器接口模式基本上相当于使用了一个
带有方向选择的外部时钟（接管定时器）
。这意味着计数器只在0
到 TIMx_ARR寄存器的自动装载值之间连续计数
(
根据方向，或是
0
到
ARR
计数，或是
ARR
到
0
计数)
。

（5）单脉冲模式

计数器响应一个激励，并在一个程序可控的延时之后，产生一个脉宽可程序控制的脉冲。

计数器
可以通过软件启动，也可以通过从模式触发
。计数器启动后，在下一个更新事件来临之前的时间段内实现固定个数的脉冲输出。当下一个更新事件来临时计数器停止计数。输出的脉冲个数可以一个或几个。如果是
通用计数器就是1个，如果是
高级定时器，
脉冲个数与RCR数值和计数模式有关。

三、定时器相关库函数

3.1 时基单元初始化：TIM_TimeBaseInit()

所谓时钟分频因子，就是数字滤波器的采样频率与定时器时钟之间的关系

3.2 输出比较初始化：TIM_OCInit()

高电平：极性不反转，低电平：极性反转

3.3 输入捕获初始化：TIM_ICInit()

3.4 定时器使能：TIM_Cmd()

3.5 定时器中断配置函数：TIM_ITConfig()

3.6 选择触发源TIM_SelectInputTrigger()

3.7 选择从模式TIM_SlectSlaveMode()

3.8 编码器接口配置：TIM_EncoderInterfaceConfig()

四、定时器配置流程

4.1 定时器中断配置

（1）开启定时器时钟

（2）选择定时器的时钟源

	TIM_InternalClockConfig(TIM2);  //使用内部时钟

（3）配置时钟单元，完成初始化（清除标志位）

	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  //滤波器的采样频率是由内部时钟信号提供的，可以分频
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;   //向上计数
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 10000-1;   //自动重装载寄存器的值
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 7200-1;  //预分频器
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;  //重复次数寄存器的值
	TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStruct);
	
	TIM_ClearFlag(TIM2,TIM_FLAG_Update);    //TIM_TimeBaseInit()会产生一个更新

（4）配置定时器中断控制

	TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);  //中断配置：更新中断

（5）配置NVIC优先级分组

（6）配置NVIC，完成初始化

（7）使能定时器

4.2 定时器输出比较配置

（1）开启定时器时钟，GPIO（使用对应通道的引脚）

如果选择重映射的方式，先要使能AFIO时钟，并进行重映射配置

如果重映射的方式，还需要将调式的功能关闭

（2）进行GPIO配置，完成初始化（配置为复用推挽输出）

	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

（3）选择定时器的时钟源

	TIM_InternalClockConfig(TIM2);  //使用内部时钟

（4）配置时钟单元，完成初始化

	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  //滤波器的采样频率是由内部时钟信号提供的，可以分频
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;   //向上计数
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 100-1;   //自动重装载寄存器的值
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 720-1;  //预分频器
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;  //重复次数寄存器的值
	TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStruct);

（5）配置输出比较单元，完成初始化

	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStruct);
	TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   //PWM1模式
	TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;   //极性不反转
	TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 0;  //CCR
	TIM_OC1Init(TIM2,&TIM_OCInitStruct);

（6）使能定时器

4.3 定时器输入捕获比较配置

（1）开启定时器时钟，GPIO（使用对应通道的引脚）

如果选择重映射的方式，先要使能AFIO时钟，并进行重映射配置

如果重映射的方式，还需要将调式的功能关闭

（2）进行GPIO配置，完成初始化（配置为浮空输入）

	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;  //浮空输入
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

（3）选择定时器的时钟源

	TIM_InternalClockConfig(TIM3);  //使用内部时钟

（4）配置时钟单元，完成初始化

	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  //滤波器的采样频率是由定时器提供的
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;   //向上计数
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 65535-1;   //自动重装载寄存器的值
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 72-1;  //预分频器
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;  //重复次数寄存器的值，高级定时的功能
	TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStruct);

（5）配置输入捕获单元，完成初始化

	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStruct;
	TIM_ICInitStruct.TIM_Channel = TIM_Channel_1;  //通道1
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter = 0xF;   //数字滤波器
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;  //上升沿
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;   //分频系数为1
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;  //直接通道
	TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStruct);

（6）选择从模式的触发源，并选择从模式

	TIM_SelectInputTrigger(TIM3,TIM_TS_TI1FP1);  //选择TIM通道1的TI1FP信号作为触发源
	TIM_SelectSlaveMode(TIM3,TIM_SlaveMode_Reset);  //选择从模式：复位，自动实现CNT清零

（6）使能定时器

4.4 定时器编码器接口配置

（1）开启定时器时钟，GPIO（使用对应通道的引脚）

如果选择重映射的方式，先要使能AFIO时钟，并进行重映射配置

如果重映射的方式，还需要将调式的功能关闭

（2）进行GPIO配置，完成初始化

	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

（3）配置时钟单元，完成初始化

	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  //滤波器的采样频率是由内部时钟信号提供的，可以分频
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;   //计数方式也被编码器托管
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 65535-1;   //自动重装载寄存器的值
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 1-1;  //预分频器
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;  //重复次数寄存器的值
	TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStruct);

（4）配置输出比较单元，完成初始化

	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStruct;
	TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStruct);   //结构体成员默认值
	TIM_ICInitStruct.TIM_Channel = TIM_Channel_1 | TIM_Channel_2;
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter = 0xF;
	TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStruct);

（5）配置编码器接口

	TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3,TIM_EncoderMode_TI12,TIM_ICPolarity_Rising,TIM_ICPolarity_Rising);  //上升沿：高低电平不反转

（6）使能定时器

作者：℡☞小白☜ღ

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一、STM32定时/计数器概述

1.1 定时器类型

1.2 计数模式

1.3 时钟源

1.3.1 内部时钟（CK_INT）

1.3.2 外部时钟模式1（外部输入引脚TIx）

1.3.3 外部时钟模式2（外部触发输入ETR，External Trigger Input）

1.3.4 内部触发输入（ITR，Internal Trigger Input）

二、STM32定时器的结构（以通用定时器为例）

（1）定时/计数中断

（2）输出比较（Output Compare,OC）

（3）输入捕获模式（Input Capture）

※主从触发模式

（4）编码器接口（Encoder Interface）

三、定时器相关库函数

3.1 时基单元初始化：TIM_TimeBaseInit()

3.2 输出比较初始化：TIM_OCInit()

3.3 输入捕获初始化：TIM_ICInit()

3.4 定时器使能：TIM_Cmd()

3.5 定时器中断配置函数：TIM_ITConfig()

3.6 选择触发源TIM_SelectInputTrigger()

3.7 选择从模式TIM_SlectSlaveMode()

3.8 编码器接口配置：TIM_EncoderInterfaceConfig()

四、定时器配置流程

4.1 定时器中断配置

4.2 定时器输出比较配置

4.3 定时器输入捕获比较配置

4.4 定时器编码器接口配置

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