江科大/江协科技 STM32学习笔记P13

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TIM定时中断

1、TIM简介

定时器的基准时钟一般都是主频72MHz，如果对72MHz计72个数，就是1us的时间，如果计72000个数就是1ms的时间。

计数器

就是执行计数定时的一个寄存器，每来一个时钟计数器加一

PSC预分频器（Prescaler）

对计数器的时钟进行分频，让计数更灵活

ARR自动重装寄存器（Auto Reload Register）

计数的目标值，就是想要计多少个时钟申请中断

2、定时器类型

基本定时器

基本定时器只能选内部时钟，通向时基单元的计数基准频率一般是与系统的主频72MHz有关的72M，到预分配器这里，如果寄存器写0就是不分频，写1就是2分频，输出频率=输入频率/2=36MHz，以此类推，即实际分频系数=预分频器的值+1。然后到了计数器，计数器可以对预分频后的计数时钟进行计数，计数器的值会在计时过程中不断的自增运行，当到目标值时，产生中断，完成了定时的任务。ARR自动重装寄存器存的就是计数目标，当计数值等于自动重装值时，计时时间到了，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，这种计数值等于自动重装值产生的中断，一般叫“更新中断”，这个更新中断结束后会通往NVIC，再配置好NVIC的定时器通道，定时器的更新中断就能得到CPU响应。向上的折线箭头代表产生中断，向下的箭头代表产生一个事件，这里对应的事件叫做“更新事件”，更新事件不会触发中断，但可以触发内部其他电路的工作。

主模式触发DAC

在使用DAC时，可能会用DAC输出一段波形，那就需要每隔一段时间触发一次DAC，让他输出下一个电压点。如果用正常思路来实现，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，这样会使主程序处于频繁被中断的状态，影响主程序的运行和其他中断的响应，所以定时器设计了一个主模式，使用主模式可以把定时器的更新事件映射到触发输出TRGO的位置，然后TRGO直接接到DAC的触发转换引脚上，这样定时器的更新就不需要通过中断来触发DAC转换了

通用定时器

通用定时器和高级定时器除了向上计数模式外，还支持向下计数模式和中央对齐模式。向下计数模式就是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，然后下一轮。中央对齐模式就是先向上自增到重装值，申请中断，然后再向下自减减到0，申请中断，然后下一轮。
图上面是内外时钟源选择和主从触发模式的结构。先看内外时钟源选择，第一个外部时钟是来自TIMx_ETR引脚上的外部时钟，ETR引脚的位置如下图复用到了PA0。

即在PA0上接一个外部方波时钟，然后配置内部的极性选择、边沿检测和预分频器电路，再配置一下输入滤波电路，这些电路对外部时钟进行一定的整形，因为是外部引脚的时钟，这些电路对输入的波形进行滤波，滤波后的信号上面一路ETRF进入触发控制器，紧跟着可选择作为时基单元的时钟了，如果想在ETR外部引脚提供时钟，或者想对ETR时钟进行计数，把这个定时器当计数器来用的话，那就可以配置这一路的电路，在STM32中这一路也叫外部时钟模式2。

下面一路TRGI，主要用作触发输入来使用，可以触发定时器的从模式。本节讲触发输入作为外部时钟来使用的情况，暂且把TRGI当做外部时钟的输入来看，这种情况这一路叫“外部时钟模式1”，通过这一路的外部时钟，第一个是ETR引脚的信号，ETR引脚既可以通过上面一路当时钟，又可以通过下面一路当时钟，下面一路输入会占用触发输入的通道。第二种就是ITR信号，这一部分的时钟信号来自其他定时器，从右边可以看出这个主模式的输出TRGO可以通向其他定时器，接到其他定时器的ITR引脚，这里ITR0到ITR3分别来自其他四个定时器的TRGO输出，实现定时器级联的功能，比如可以先初始化TIM3，然后使用主模式把它的更新事件映射到TRGO上，接着再初始化TIM2，选ITR2，对应TIM3的TRGO，后面选择时钟为外部模式1，这样TIM3的更新事件就可以驱动TIM2的时基单元，实现定时器的级联。第三种是CH1引脚的边沿，也就是从CH1引脚获得时钟，带ED就是边沿的意思，上升沿和下降沿均有效。第四种，CH1引脚和CH2引脚，通过TI1FP1和TI2FP2获得，TI1FP1连接到CH1引脚的时钟。

下面部分主要包含两块电路，右边是输出比较电路，四个通道对应CH1-4，可以用于输出PWM波形，驱动电机，左边这一块是输入捕获电路，四个通道，可以用于测量输入方波的频率等。中间的寄存器是捕获/比较寄存器，是输入捕获和输出比较电路共用的，因为输入捕获和输出比较不能同时使用，所以共用。

高级定时器

在申请中断的地方增加了一个重复次数计数器，右上，有了这个计数器之后，就可以实现每隔几个计数周期才发生一次更新事件和更新中断，相当于对输出的更新信号又做了一次分频。
DTG是死区生成电路，右边的输出引脚由原来的一个变为了两个互补的输出，可以输出一对互补的PWM波，这些电路是为了驱动三相无刷电机，因为三相无刷电机的驱动需要三个桥臂，每个桥臂2个大功率开关管来控制，总共需要6个大功率开关管来控制，所以输出的PWM引脚的前三路就变为互补的输出，另外为了防止互补输出的PWM驱动桥臂时，在开关切换的瞬间由于器件不理想造成短暂的直通现象，所以前面加上死区生成电路，在开关切换的瞬间产生一定时长的死区，让桥臂的上下管全都关断，防止直通现象。
最后是刹车输入的功能，在左下，是为了给电机驱动提供安全保障，如果外部引脚BKIN产生了刹车信号或者内部时钟失效，产生了故障，那么控制电路就会自动切断电机的输出，防止意外发生。

3、定时器原理

定时中断基本结构

中断输出控制就是一个中断输出的允许位，如果需要某个中断，就允许一下。

预分频器时序

CK_PSC是预分频器的输入时钟，选内部时钟时一般是72MHz，CNT_EN是计数器使能，高电平计数器正常运行，低电平计数器停止，CK_CNT是计数器时钟，即是预分频器时钟输出也是计数器的时钟输入，开始时计数器未使能，计数器时钟不运行，使能后，前半段预分频器系数从0变1，计数器的时钟等于预分频器前的时钟，后半段，预分频器系数从1变2，计数器的时钟也变为预分频器前时钟的一半，在计数器时钟的驱动下，下面的计数器寄存器也跟随时钟的上升沿不断自增，在中间FC之后计数值变为0，可推断重装值就是FC。
下三行描述的是预分频器的一种缓冲机制，在某时刻把预分配控制寄存器由0改1，如果在此时此刻改变时钟的分频系数，就会导致一个计数周期内前后频率不一样，所以设计预分配缓冲器，变化不会立刻生效，而是等本次计数周期结束后，产生了更新事件，预分频器的值才会被传递到缓冲寄存器里生效。最后一行描述预分配器内部实际上也是依靠计数来分频，当预分频值为0时，计数器就一直为0，直接输出原频率，当预分频值为1时，计数器0、1、0、1计数，在回到0时输出一个脉冲，这样输出频率就是输入频率的2分频，预分频的值和实际的分频系数之间有一个数的偏移。

计数器时序

计数器在每个上升沿自增，当计到0036后，再来一个上升沿计数器清零，产生一个更新事件脉冲，另外更新中断标志位UIF只要置1就会申请中断，中断响应后需要在中断程序中手动清零。
计数器也有缓存寄存器，可以自己设置用还是不用，如下两图

ARPE为0，不使用影子寄存器，自动加载寄存器FF改到36立刻生效，所以计到36后直接更新开始下一轮计数

有预装时，F5变36，影子寄存器控制还是F5，计到F5产生更新事件，同时要更改的36才被传到影子寄存器，在下一个计数周期生效，所以引入影子寄存器是为了同步，让值的变化和更新事件同步发生，防止运行途中更改造成错误

RCC时钟树

左边的时钟产生电路有四个震荡源，分别是内部的8MHz高速RC振荡器，外部的4到16MHz高速石英晶体振荡器，一般为8MHz，外部的32.768KHz低速晶振，一般给RTC提供时钟，最后是内部的40KHz低速RC振荡器，可以给看门狗提供时钟，上面两个高速晶振给系统提供时钟，AHB、APB1、APB2时钟都来源于这俩个高速晶振，外部的石英振荡器比内部RC振荡器更稳定。
在SystemInit函数里，ST首先启动内部时钟，以内部8MHz为系统时钟，然后再启动外部时钟，配置外部时钟进入PLL锁相环进行倍频，8MHz倍频9倍，得到72MHz，等锁相环输出稳定后选择锁相环输出为系统时钟。CSS是时钟安全系统，一旦外部时钟失效，自动把外部时钟切回内部时钟，保证系统时钟的运行，防止程序卡死，在高级定时器的刹车输入这里一旦CSS检测到外部时钟失效，通过或门立刻让输出控制的电机停止防止意外。
右图这些时钟输出都有一个与门进行输出控制，控制位写的是外部时钟使能，我们在程序中写RCC_APB2/1 PeriphClockCmd就是作用在这。