代码收藏家技术教程 2024-09-28

STM32定时器（Timer）技术详解

STM32 系列微控制器（MCU）因其强大的功能、灵活的外设配置和低功耗特性，广泛应用于工业控制、嵌入式系统、物联网等领域。定时器（Timer）是 STM32 中非常重要的外设之一，提供了多种计时、计数、脉冲输出和捕获功能。在控制系统、PWM、测量、脉冲发生、事件计时等场景中，定时器具有重要作用。

本文将详细介绍 STM32 定时器的主要功能、配置方法、常见应用场景和相关技术细节。

一、STM32 定时器简介

STM32 微控制器中的定时器模块广泛且功能丰富，主要分为三类：

基础定时器（Basic Timer）：仅支持简单的计时功能，常用于延时、触发中断等简单应用。典型代表为 TIM6 和 TIM7。
通用定时器（General-Purpose Timer）：支持多种功能，如输入捕获、输出比较、PWM 生成、编码器接口等，典型代表为 TIM2 到 TIM5 等。
高级定时器（Advanced-Control Timer）：除了具备通用定时器的功能外，还增加了专用功能，如同步、死区时间、刹车功能等，适用于复杂的电机控制等应用。典型代表为 TIM1 和 TIM8。

二、STM32 定时器的主要功能

STM32 定时器的功能非常丰富，可以在各种应用场景中使用，主要包括以下几个方面：

定时功能 定时器最基本的功能是实现精确的时间间隔计时，可以通过配置定时器的预分频器和自动重装载值，实现各种周期性的定时任务，比如系统时钟、超时控制等。
输入捕获（Input Capture） 输入捕获功能用于测量外部输入信号的时间间隔或脉冲宽度。例如，可以测量外部信号的频率、周期或测量脉冲的持续时间。该功能适用于信号周期测量、转速测量等。
输出比较（Output Compare） 定时器可以配置为输出比较模式，当定时器计数器达到预设值时，输出一个特定的信号。此功能用于精确控制输出信号的变化，如产生 PWM 波形等。
脉冲宽度调制（PWM） STM32 定时器具有硬件支持的 PWM 功能，通过改变占空比和频率，生成精确的 PWM 波形。PWM 常用于电机控制、LED 调光等场景。
编码器接口（Encoder Interface） STM32 定时器支持直接连接编码器信号，能够测量旋转位置或速度。它可以通过硬件自动处理正交编码信号，简化了编码器的读取。
单脉冲模式（One-Pulse Mode） 定时器可以配置为单脉冲模式，只在特定条件下输出一个脉冲信号。这种模式常用于脉冲生成或精确的事件触发。
计数功能（Counter Mode） 定时器可以作为上/下计数器使用，应用于计数外部事件或编码器输入。它可以在输入脉冲时自动增加或减少计数值。
同步功能 高级定时器支持多定时器之间的同步操作，常用于多路 PWM 同步输出或复杂的电机控制。

三、STM32 定时器的工作模式

STM32 定时器支持多种工作模式，具体如下：

单次计数模式
定时器在计数到设定值后停止。这种模式适用于需要精确定时或计数某些事件的场合。
连续计数模式
定时器在计数到设定值后自动重装载并继续计数。这种模式适用于周期性任务或 PWM 输出。
向上计数模式
定时器从 0 计数到预设值，然后触发事件或中断。这是最常用的计数模式。
向下计数模式
定时器从预设值计数到 0，然后触发事件或中断。这种模式多用于需要反向计数的场景。
向上/向下计数模式
定时器计数器从 0 计数到最大值后反向，计数到 0 时再反转。这种模式常用于对称 PWM 输出或正负周期信号的生成。

四、STM32 定时器的配置

下面是 STM32 定时器的配置步骤，包括定时器初始化、输出比较、PWM 生成等常见配置。

1. 定时器初始化

初始化 STM32 定时器时，通常需要配置定时器的时钟源、预分频器和计数模式。

void timer_init(void) {
    // 使能定时器时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct;
    
    // 配置定时器预分频器，设置时钟频率为1MHz (假设时钟为72MHz)
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler = 72 - 1;
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period = 1000 - 1;  // 1ms定时
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStruct);
    
    // 使能定时器中断
    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
    
    // 启动定时器
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

2. 输出比较模式

输出比较模式用于生成精确的输出信号。例如，当定时器计数器到达特定值时，改变引脚状态（如高电平变低电平）。

void timer_output_compare_init(void) {
    // 初始化定时器基础设置
    timer_init();
    
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
    
    // 配置输出比较模式
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Toggle;
    TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 500;  // 设置比较值
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStruct);  // 配置通道1
}

3. PWM 生成

PWM 信号生成在许多场景中非常有用，例如电机控制、LED 调光等。通过调整 PWM 的占空比，可以控制输出的功率或亮度。

void timer_pwm_init(void) {
    // 初始化定时器基础设置
    timer_init();
    
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
    
    // 配置PWM模式
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 250;  // 设置占空比为25%
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStruct);  // 配置通道1
}