STM32学习笔记（6_1）- TIM定时器定时功能原理

无人问津也好，技不如人也罢，都应静下心来，去做该做的事。

最近在学STM32，所以也开贴记录一下主要内容，省的过目即忘。视频教程为江科大（改名江协科技），网站jiangxiekeji.com

现在开始上难度，STM32功能最强大、结构最复杂的外设——定时器，分四期介绍。

本期介绍最基础的定时功能，也就是定一个时间，然后让定时器每隔这个时间产生一个中断。

下一期介绍定时器输出比较的功能，常用产生PWM波驱动电机。

再下一期介绍定时器输入捕获功能，常用测量方波频率。

最后介绍定时器的编码器接口，更方便读取正交编码器的输出波形，常用编码电机测速。

TIM定时器简介

计数器：用来执行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，让这个计数更加灵活。

自动重装寄存器：计数的目标值，就是我想要计多少个时钟申请中断。

以上三个都是16位的，也就是最大定时59.65秒，定时器还支持级联，59.65秒×65536（2的16次方）

主要介绍通用定时器

无论是高级定时器，还是通用定时器，还是基本定时器，它们的内部基准时钟都是72MHz

定时中断基本结构

定时器类型 

高级定时器：重复计数器、死区生成、互补输出、刹车输入等这些功能，主要是为了三相无刷电机的驱动设计的，比如四轴飞行器、电动车的后轮、电钻等。本系列不会涉及到。

主要介绍通用定时器，

无论是高级定时器，还是通用定时器，还是基本定时器，它们的内部基准时钟都是72MHz

STM32F103C8T6定时器资源：TIM1、TIM2、TIM3、TIM4，没有基本定时器。

基本定时器

定时中断功能

基本定时器只能选择内部时钟、只有向上计数模式

如果PSC预分频器写0，这时候输出频率=输入频率=72MHz

如果PSC预分频器写1，即二分频，这时候输出频率=输入频率/2=36MHz

如果PSC预分频器写2，即三分频，这时候输出频率=输入频率/3=24MHz

以此类推，即实际分频系数=预分频器的值+1，这个预分频器是16位的，所以最大值可以写65535，也就是65536分频

计数时钟每来一个上升沿，CNT计数器的值就加1，可以从0加到65535，然后回到0重新开始。

当计数值等手自动重装值时，也就是计时时间到了，会清零计数器。这时也需要和外部中断一样选择触发中断还是事件，在定时器里叫更新中断和更新事件。

主模式触发DAC功能

它能让内部的硬件在不受程序的控制下实现自动运行，特定场景下可极大减轻CPU负担。

这个用途就是在我们使用DAC的时候，可能会用DAC输出一段波形，那就需要每隔一段时间来触发一次DAC,让它输出下一个电压点，如果用正常的思路来实现，就是先设置一个定时器产生中断，每隔一段时间在中断程序中调用代码手动触发一次DAC转换，然后DAC输出。这样也没问题，但会使主程序频繁被中断。

基于以上这种情况，定时器设计了一个主模式，使用这个主模式可以把定时器的更新事件映射到这个触发输出TRGO(Trigger Out)的位置，然后TRGO直接接到DAC的触发转换引脚上。

通用定时器

计数模式

通用定时器和高级定时器还支持向下计数模式和中央对齐模式

向上计数模式：从0开始，往上自增，加到自动重装值，然后回到0，申请中断。

向下计数模式：从重装值开始，向下自减，减到0之后，回到重装值同时申请中断。

中央对齐模式：从0开始，先向上自增，计到重装值，申请中断，然后再向下自减，减到0，再申请中断，然后开始下一轮。

时钟源

通用定时器的时钟源不仅可以选择内部的72MHz时钟 ，还可选择外部时钟，

如果要使用外部时钟，首选ETR引脚外部时钟模式2的输入，最简单、直接

第一个外部时钟就是来自TIMx_ETR引脚上的外部时钟，称为外部时钟模式2

第二个外部时钟是TRGl(Trigger In)，它主要是用作触发输入来使用的。称为外部时钟模式1

定时器的级联就是使用该模式

总结一下就是，外部时钟模式1的输入可以是ETR引脚、其他定时器、CH1引脚的边沿、
CH1引脚和CH2引脚

高级定时器

时序图

这一部分建议直接看视频讲解

预分频器时序

预分频寄存器实际上是有两个，预分频器为了防止计数中途更改数值造成错误，设计了缓冲寄存器或影子寄存器

一个是预分频控制寄存器，供我们读写用的，它并不直接决定分频系数；

另外还有一个预分频缓冲器或者说是影子寄存器，这个是真正起作用的寄存器

在一个计数周期内，前半部分和后半部分的频率不一样，这里计数到一半，计数频率突然就被改变，因此设计这个缓冲寄存器。这样。当我在计数计到一半的时候改变了分频值，这个变化并不会立刻生效，而是会等到本次计数周期结末时，产生更新事件，预分频寄存器的值才会被传递到缓冲寄存器里面去，才会生效。

计数器时序图

计数器的这个ARR自动重装寄存器，也是有一个缓冲寄存器的，并且这个缓冲寄存器是用还是不用，是可以自己设置的。

计数器在这个时钟每个上升沿自增，当增到0036的时候，发生溢出，再来一个上升沿，计数器清零，计数器溢出，产生一个更新事件脉冲，另外还会置一个更新中断标志位UIF，这个标志位只要置1，就会去申请中断。然后中断响应后，需要在中断程序中手动清零。

用72MHz/(PSC+1)/(ARR+1)就能得到溢出频率，再取倒数就能知道溢出时间。

计数器无预装时序

通过设置这个ARPE位，就河以选择是否使用预装功能

计数器有预装时序 

ARPE=1时，就使用预装功能

RCC时钟树

ST公司已经帮我们写好了配置个时钟树的SystemInit函数，首先它会启动内部时钟，选择内部8MHz为系统时钟，暂时以内部8MHz的时钟运行，然后再启动外部时钟，配置外部时钟进入PLL锁相进行倍频，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切换为了72MHz。

如果你的外接8MHz晶振出了问题，系统时钟就无法切换到72MHz，那它就会以内部的8MHz运行，8MHz相比较72MHz，大概就慢了10倍，比如你的delay函数慢了10倍。

下图的左边为时钟产生电路，右边为时钟分配电路

时钟产生电路有四个震荡源：内部的8MHz高速RC振荡器、

外部的4-16MHz高速石英晶体振荡器(一般都是外接8MHz晶振，比内部的8MHz稳定）、

外部的32.768KHz低速晶振（一般是给RTC提供时钟的）、

内部的40KHz低速RC振荡器（这个可以给看门狗提供时钟）

上面两个高速时钟是给系统提供的，我们的AHB、APB2、APB1的时钟都是来源于这两个高速晶振

 

 

本期主要两个实验

定时器定时中断

可以看到OLED上显示了一个数字Num，并且每秒自动加1。这个就是用了定时中断的功能，定时器使用内部时钟定了1秒的时间，每隔1秒申请一下中断，然后在中断函数里执行Num++ ，最后在OLED上显示Num++。

 定时器外部时钟

使用外部时钟来驱动定时器，我们可以在定时器指定的外部引脚上，输入一个方波信号，来提供定时器计算的时钟，现在这里暂时用这个对射式红外传感器来手动模拟一个外部时钟，用挡光片，依次遮挡、移开、遮挡、移开，提供一个方波。可以看到这个OLED上下面这个CNT就是定时器中计数器的值，每遮挡、移开一次，计数器加1，然后计数器记到9后，自动清0。同时申请中断，执行Num++。