代码收藏家技术教程 2025-03-01

[江科大STM32]-TIM定时器中断(学习笔记)上

TIM简介

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

16位计数器、预分频器、自动重装寄存器的时基单元，在72MHz计数时钟下可以实现最大59.65s的定时

预分频器：可以对计数器的时钟进行分频，让计数更加灵活

不仅具备基本的定时中断功能，而且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

TIM（Timer）定时器工作原理：

TIM（Timer）定时器是一种计时器，在微控制器中常用于产生精确的定时或延时操作。它的工作原理可以简单分为以下几个步骤：

1. **时钟源选择**：定时器通常由微控制器的时钟源提供时钟信号。时钟源可以是内部的时钟信号或外部的时钟信号，根据应用需求选择不同的时钟源。

2. **计数器**：TIM定时器内部有一个计数器，用来记录经过的时钟周期数。计数器会根据时钟信号的频率不断增加。

3. **预设值设置**：在初始化时，需要设定一个预设值来决定定时器的计数周期，也就是定时器溢出前的计数次数。一旦计数器累计到预设值，定时器会产生一个定时中断。

4. **中断处理**：当定时器溢出时，会触发中断请求，通知微控制器进行相应的处理。在中断服务程序中，可以执行特定的操作，比如更新某些变量、切换任务、生成PWM波形等。

5. **重载**：在中断服务程序中可以重新加载预设值，使定时器不断工作，实现循环定时功能。

总的来说，TIM定时器通过不断累计时钟周期来实现计时功能，并在计数达到预设值时产生中断，从而实现精确的定时功能。

定时器类型

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

不同型号，定时器的数量不一样，操作外设之前要查清楚是否有这个外设。

基本定时器结构图：

时基单元

可编程通用定时器的主要部分是一个16位计数器和与其相关的自动装载寄存器。这个计数器可以向上计数、向下计数或者向上向下双向计数。此计数器时钟由预分频器分频得到。计数器、自动装载寄存器和预分频器寄存器可以由软件读写，在计数器运行时仍可以读写。时基单元包含：

● 预分频器寄存器 (TIMx_PSC)

预分频器描述：预分频器可以将计数器的时钟频率按1到65536之间的任意值分频。它是基于一个(在TIMx_PSC寄存器中的)16位寄存器控制的16位计数器。这个控制寄存器带有缓冲器，它能够在工作时被改变。新的预分频器参数在下一次更新事件到来时被采用。

● 计数器寄存器(TIMx_CNT)

计数器由预分频器的时钟输出CK_CNT驱动，仅当设置了计数器TIMx_CR1寄存器中的计数器使能位(CEN)时， CK_CNT才有效。 (有关计数器使能的细节，请参见控制器的从模式描述)。

对预分频后的计数时钟进行计数，计数时钟每来一个上升沿，计数器的值就加1，这个计数器也是16位的，所以里面的值可以从0一直加到65535。如果再加，计数器就会回到0重新开始，所以计数器的值会不停的自增运行，当自增到目标值时，产生中断，就完成了定时任务。现在还需要一个存储目标值的寄存器，那就是自动重装载器。

注：真正的计数器使能信号CNT_EN是在CEN的一个时钟周期后被设置。

向上计数模式（掌握）

在向上计数模式中，计数器从0计数到自动加载值(TIMx_ARR计数器的内容)，然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。(基本定时器仅支持这一种定时器模式，通用定时器和高级定时器支持则三种模式)

向下计数模式 （了解）

在向下计数模式中，计数器自动装入的值(TIMx_ARR计数器的值)开始向下计数到0，然后从自动
装入的值重新开始并且产生一个计数器向下溢出事件。

中央对齐模式(向上/向下计数)（了解）

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)，产生一个计数器溢出事件，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。

● 自动装载寄存器 (TIMx_ARR)

自动重装载寄存器也是十六位的，它存的就是我们写入的计数目标，在运行的过程中，计数器不断的自增，自动重装值是固定的目标，当计数值等于自动重装载值时，计时时间就开始。那它就会产生一个中断信号，并且清零计数器，计数器自动开始下一次的计数计时。

自动装载寄存器是预先装载的，写或读自动重装载寄存器将访问预装载寄存器。根据在TIMx_CR1寄存器中的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在每次的更新事件UEV时传送到影子寄存器。当计数器达到溢出条件(向下计数时的下溢条件)并当TIMx_CR1寄存器中的UDIS位等于’0’时，产生更新事件。更新事件也可以由软件产生。

通用定时器框图：

ETR引脚位置可参考引脚定义表：

高级定时器：

定时中断基本结构

预分频器时序

缓冲寄存器相当于影子寄存器，这才是真正起作用的寄存器，比如上面在某个时刻，把预分频寄存器由0变到1，如果在此时，立刻改变时钟的分频系数，那么就会导致在一个周期内，前半部分和后半部分的频率不一样，这里计数记到一半，计数频率突然就会改变了。STM32设计比较严谨，设计了缓冲寄存器，这样当我计数记到一半的时候，改变了分频值，这个变化不会立即生效，而是等到本次计数周期结束时，产生了更新事件，预分频控制寄存器的值才会传递到预分频缓冲器里面去，才会生效。所以这里我们看到，即使我们在计数中途改变了预分频值，计数器寄存器仍然会保持原来的频率，直到本轮计数完成，在下一轮计数时，改变后的分频值才会起作用。

预分频缓存器也是靠计数器来分频的，当预分频值为0时，预分频计数器也一直为0，直接输出原频率，当预分频值为1时，计数器才01010101这样计数，在回到0的时候输出一个脉冲，这样输出频率就是输入频率的二分频。预分频器的值与实际分频系数之间就会有一个值的偏移。

计数器时序

公式讲解

计数器无预装时序（无缓冲寄存器）

无预装时序

计数器有预装时序（有缓冲寄存器）

有预装时序

RCC时钟树

RCC（Reset and Clock Control）模块是嵌入式系统中常见的一个模块，用于控制系统的复位和时钟。时钟树则是指系统中所有时钟信号的传输路径组成的结构。在嵌入式系统设计中，对于时钟树的设计和优化是非常重要的，可以影响系统的性能和功耗。

RCC模块通常会控制系统中各个模块的时钟信号，包括CPU、外设和其他核心组件。它可以配置时钟源、时钟分频和时钟输出等参数，确保系统各个模块之间的时钟信号能够同步和协调工作。

在设计时钟树时，需要考虑以下几个方面：

选择合适的时钟源：时钟源的质量和稳定性会直接影响系统的性能和稳定性。常见的时钟源包括晶体振荡器、PLL（Phase-Locked Loop）等。

时钟分频和时钟树结构：通过合理的时钟分频和时钟树结构设计，可以减少时钟信号的传输延迟和功耗，提高系统的性能和效率。

时钟信号的布线和阻抗匹配：布线过程中需要考虑时钟信号的传输路径长度、走线方式和阻抗匹配，确保时钟信号的传输质量和稳定性。

总的来说，优化RCC时钟树设计是一个复杂的工程任务，需要综合考虑系统的性能、功耗和稳定性等因素，确保系统能够正常高效地运行。

SystemInit函数里，ST配置时钟顺序，首先选择内部时钟8MHz为系统时钟，暂时以内部8MHz内部时钟运行，然后再启动外部时钟，配置外部时钟走下一路，进入PLL锁相环进行倍频，8MHz倍频9倍，得到72MHz，等到锁相环输出稳定后，选择锁相环输出为系统时钟。这样就把系统时钟由8MHz切换为72MHz。

基本定时器、通用定时器、高级定时器的内部基准时钟频率都是72MHz。

时钟安全系统通常用于监控和保护计算机系统的时钟和时间信息，以防止时间漂移、时钟漂移攻击、时间篡改等恶意行为。其功能包括但不限于：

时钟同步：确保计算机系统的时钟与外部时间源同步，以避免时间不一致导致的问题。

时钟验证：验证系统时钟的准确性，防止被篡改或恶意调整。

时钟监控：监控计算机系统的时钟运行状态，及时发现异常情况并采取相应措施。

时间戳：为系统中的事件和数据提供准确的时间戳，确保事件的顺序和发生时间可信。

时钟漂移检测和修正：监测和修正系统时钟的漂移，保持时钟的准确性和稳定性。

安全日志记录：记录时钟相关的安全事件和操作，提供审计和追踪功能。

防止时钟攻击：防范时钟漂移攻击、时钟偏移攻击等恶意行为，确保系统的安全性和可靠性。

时间权限管理：对不同用户或系统组件的时间访问权限进行管理和控制，防止恶意篡改时间信息。

时钟安全系统的功能旨在确保系统时间的准确性、可靠性和安全性，保护计算机系统免受时钟相关的恶意攻击和干扰。