STM32---通用定时器（一）理论基础

写在前面：在STM32F103中有众多的定时器，其中包括两个基本定时器，基本定时器的内容已经在上节进行了介绍，基本定时器的功能、结构、使用都较为简单。而STM32F1中还含有4个通用定时器（TIM2\3\4\5）,这些定时器相互独立，不共享资源。本节我们来学习通用定时器的基本使用。

一、通用定时器

基本定时器回顾：CSDN

1.1 定时器简介

        上图为通用定时器与基本、高级定时器的基本区别；其中主要的特性是：

1、含有16位递增、递减、中心对齐的计数器；

2、含有16位预分频器，分频系数为1-65536；

3、可用于触发DAC、ADC事件；

4、在更新事件、触发事件、输入捕获、输出比较中可以产生中断以及DMA请求；

5、含有4个独立通道，用于输入捕获、输出比较 、输出PWM波形以及单脉冲模式。

1.2 定时器结构框图

        如上图所示，为STM32F1中通用定时器的结构框架，其结构相对于基本定时器来说就很复杂，可能第一眼就很厌烦。但是我们将核心抓住，然后分模块化的进行学习，将一一进行消化。手带你我们看第三部分：也就是图中蓝色区域，我们细心看可以发现，其结构就是基本定时器的结构，这样就只剩下五部分学习了：先对五部分进行简单介绍，后面在细细进行学习；

1、时钟源

与基本定时器（只能来自内部时钟）不同的是：

 通用定时器时钟可以选择下面四类时钟源之一：
1）内部时钟(CK_INT)
2）外部时钟模式 1：外部输入引脚(TIx)，x=1，2（即只能来自于通道 1 或者通道 2）
3）外部时钟模式 2：外部触发输入(ETR)
4）内部触发输入(ITRx)：使用一个定时器作为另一定时器的预分频器

2、控制器

        控制器包括：从模式控制器、编码器接口和触发控制器（TRGO）。从模式控制器可以控制计数器复位、启动、递增/递减、计数。编码器接口针对编码器计数。触发控制器用来提供触发信号给别的外设，比如为其它定时器提供时钟或者为 DAC/ADC 的触发转换提供信号。

3、时基单元

        与基本定时相同，主要的作用就是进行计数，在来自第一部分的时钟信号下，计数器以（递增、递减、中心对齐） 的方式进行计数，然后同自动重装载寄存器进行比较，产生事件或中断。

4、输入捕获

        一般应用是要和第5部分一起完成测量功能。TIMx_CH1~ TIMx_CH4 表示定时器的 4 个通道，这 4 个通道都是可以独立工作的。IO 端通过复用功能与这些通道相连。配置好 IO 端口的复用功能后，将需要测量的信号输入到相应的IO 端口，输入捕获部分可以对输入的信号的上升沿，下降沿或者双边沿进行捕获，常见的测量有：测量输入信号的脉冲宽度、测量 PWM 输入信号的频率和占空比等。

5、输入捕获与输出比较共同部分

6、输出比较

        输出比较，一般应用是要和第⑤部分一起完成定时器输出功能。TIMx_CH1~ TIMx_CH4 表示定时器的 4 个通道，这 4 个通道都是可以独立工作的。IO 端口通过复用功能与这些通道相连。

二、时钟源介绍

2.1 内部时钟

        同基本定时器相同，TIM2-TIM6都是过载在APB1总线上，我们知道APB1总线的时钟频率是32MHz，但是这些定时器的时钟并不是由APB1直接提供的，而是经过了一个倍频器，APB1 总线时钟频率为 36MHz，APB1 预分频器的预分频系数为 2，所以这些定时器时钟源频率为 72MHz。一般情况下，我们都是用的内部时钟，所以内部时钟也是最重要的部分。

2.2外部时钟模式1

        外部时钟模式 1 这类时钟源，顾名思义时钟信号来自芯片外部。时钟源进入定时器的流程
如下：外部时钟源信号→IO→TIMx_CH1（或者 TIMx_CH2），这里需要注意的是：外部时钟模
式 1 下，时钟源信号只能从 CH1 或者 CH2 输入到定时器，CH3 和 CH4 都是不可以的。从 IO
到 TIMx_CH1（或者 TIMx_CH2），就需要我们配置 IO 的复用功能，才能使 IO 和定时器通道相
连通。

        输入捕获滤波器： 由 ICF[3:0]位来设置滤波方式，也可以设置不使用滤波器，用于完善输入的信号。

        边沿检测器：由 CC2P 位来设置检测的边沿，可以上升沿或者下降沿检测； TI1F_ED未经过CC2P即为双边沿检测。

        触发选择：TS[4:0]位来选择 TRGI（触发输入信号）的来源， TI1F_ED、TI1FP1 和 TI2FP2 三个触发输入信号（TRGI）。前两个来自通道1，第三个来自通道2.

        从模式选择：由 ECE 位和 SMS[2:0]位来选择定时器的时钟源。这里我们选择的是外部时钟模式1。

2.2 外部时钟模式2

    外部时钟模式 2，顾名思义时钟信号来自芯片外部。时钟源进入定时器的流程如下：外部
时钟源信号→IO→TIMx_ETR。从 IO 到 TIMx_ETR，就需要我们配置 IO 的复用功能，才能使
IO 和定时器相连通。 

        外部触发极性：  ETP 位来设置上升沿有效还是下降沿有效，选择下降沿有效的话，信号会经过反相器。

        外部触发预分频器：ETPS[1:0]位来设置预分频系数，系数范围：1、2、4、8。例如：分频系数为2，则由io口来两个边沿信号，才能触发一次，一般情况下都是选择为1.

        滤波器：ETF[3:0]位来设置滤波方式，也可以设置不使用滤波器。作用同上面的一样。

        从模式选择器:由 ECE 位和 SMS[2:0]位来选择定时器的时钟源。这里我们介绍的是外部时钟模式 2,直接将ECE设置为1即可。

2.3内部触发输入

        内部触发输入是使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器，即实现定时器的级联。下
面以 TIM1 作为 TIM2 的预分频器。

三、时基单元 

         与基本定时器结构一样，时基单元包括：计数器寄存器(TIMx_CNT)、预分频器寄存器(TIMx_PSC)、自动重载寄存器(TIMx_ARR)。

        不同点是：通用定时器的计数模式有三种：递增计数模式、递减计数模式和中心对齐模式；
TIM2 和 TIM5 的计数器是 32 位的。

递增计数：每来一个 脉冲，计数器的值就会递增加 1。当计数器值与自动重装载寄存器的设定值相等时，计数器的值就会被自动清零并且会生成更新事件，然后下一个 脉冲到来，计数器的值的值就会递增加 1，如此循环。

递增计数：来了一个计数脉冲，计数器就减 1，直到计数器寄存器的值减到 0，减到 0 时定时器溢出，由于是递减计数，故而称为定时器下溢，定时器溢出就会伴随着更新事件的发生。

中心对齐模式：计数器先从 0 开始递增计数，直到计数器的值等于自动重载寄存器影子寄存器的值减 1 时，定时器上溢，同时生成更新事件，然后从自动重载寄存器影子寄存器的值开始递减计算，直到计数值等于 1 时，定时器下溢，同时生成更新事件，然后又从 0 开始递增计数，依此循环。

四、输入捕获

        输入捕获是要同第5部分一起完成输入捕获实验，其中输入捕获含有CH1-CH4四个定时器入口，这四个入口是可以独立工作的，IO端通过复用工作模式与入口相连，将需要检测的信号输入对应的IO端口，输入捕获部分可以对信号的上升沿、下降沿以及双边沿进行捕获。

        捕获的原理在于：信号的输入———上升、下降、双边沿检测极性——计数器的值锁存到相应的捕获/比较寄存器，最后通过捕获比较寄存器的差值计算信号高低电平的时间。

滤波器： 由 ICF[3:0]位来设置滤波方式，也可以设置不使用滤波器；

边沿检测器：由 CC1P 位来设置检测的边沿，可以上升沿或者下降沿检测。

输入捕获映射选择器：由 CC1S[1:0]位来选择把 IC1 映射到 TI1、TI2 还是 TRC。

 输入捕获 1 预分频器：由 ICPS[1:0]位来设置预分频系数，范围：1、2、4、8。

        上图为第5部分输入捕获和输出比较公用部分，我们目前只看输入捕获相关的即白色部分：由下到上，分别是计数器——捕获/比较影子寄存器——捕获/比较预装载寄存器。其中当第4部分的捕获输入满足条件后，计数器的值进入影子寄存器，再满足某些条件，影子寄存器的值进入捕获/比较预装载寄存器，最后我们读取存储在预装载寄存器中的值进行处理。

五、输出比较

        输出比较一般是同第5部分相结合使用的，也是通过CH41-CH4进行输出工作的，那我们就有个矛盾，第4部分的输入捕获与第6部分的输出比较用的是相同的通道，连接的是相同的IO口，那么能一起工作吗？显然是不行的。就是说要么执行输入捕获的功能，要么执行输出比较的功能，而且共用第5部分，也就是说第5部分一时间只能被共用一个。

        输出：顾名思义是由通道向外部输出电平信号；

        比较：顾名思义是经过比较后产生信号。

        上图为输出比较同第5部分相结合的放大图，这次我们由上往下看，首先是捕获/比较预装载寄存器，我们直接设定里面的值，然后在某种情况下，将预装载寄存器的值转至影子寄存器，影子寄存器的值同计数器进行比较，他们的比较结果将输出至第六部分进行处理。 

        通过比较后，进入输出模式控制器： oc1ref 是输出参考信号，高电平有效，为高电平时称之为有效电平，为低电平时称之为无效电平。它的高低电平受到三个方面的影响：OC1M[3:0]位配置的输出比较模式、第⑤部分比较器的比较结果、还有就是 OC1CE 位配置的 ETRF 信号。ETRF 信号可以将 Oc1ref 电平强制清零，该信号来自 IO 外部。

        CC1P 位用于选择通道输出极性。
        CC1E 位置 1 使能通道输出。
        OC1 信号就会从 TIMx_CH1 输出到 IO 端口，再到 IO 外部。

        以上便是本节的内容，理论性较强，也是学会使用通用定时器的基本，大家可以多看几遍，熟悉其中的原理，在用的时候知道工作的流程即可。下节我们将针对相关的理论进行实验验证。

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