单片机入门学习十三 STM32单片机学习十 通用定时器
本篇重点记录的是STM32F1的通用定时器。 STM32F103ZE有8个定时器,其中2个高级定时器(TIM1、TIM8),4个通用定时器(TIM2、TIM3、TIM4、TIM5),2个基本定时器(TIM6、TIM7)。下表是对这8个定时器的详细描述。
定时器种类 |
位数 |
计数器模式 |
产生DMA请求 |
捕获/比较通道 |
互补输出 |
特殊应用场景 |
---|---|---|---|---|---|---|
高级定时器(TIM1,TIM8) |
16 |
向上、向下、向上/下 |
可以 |
4 |
有 |
带死区控制盒紧急刹车,可应用于PWM电机控制 |
通用定时器(TIM2~TIM5) |
16 |
向上、向下、向上/下 |
可以 |
4 |
无 |
通用。定时计数,PWM输出,输入捕获,输出比较 |
基本定时器(TIM6,TIM7) |
16 |
向上、向下、向上/下 |
可以 |
0 |
无 |
主要应用于驱动DAC |
上表中可看出STM32F103ZE定时器都是16位的,捕获/比较通道有4个,计数模式包括3种(向上计数、向下计数、中央对齐(向上/向下)计数)。
在此对计数模式做一个解释 ①向上计数模式:计数器从0计数到自动加载值(TIMx_ARR),然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。 ②向下计数模式:计数器从自动装入的值(TIMx_ARR)开始向下计数到0,然后从自动装入的值重新开始,并产生一个计数器向下溢出事件。 ③中央对齐模式(向上/向下计数):计数器从0开始计数到自动装入的值-1,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溢出事件;然后再从0开始重新计数。
1、通用计时器概述
通用计数器TIMx(TIM2~TIM5)定时器的特点包括:
- 位于低速的APB1总线上(APB1)
- 16 位向上、向下、向上/向下(中心对齐)计数模式,自动装载计数器(TIMx_CNT)。
- 16 位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx_PSC),计数器时钟频率的分频系数 为 1~65535 之间的任意数值。
- 4 个独立通道(TIMx_CH1~4),这些通道可以用来作为: ① 输入捕获 ② 输出比较 ③ PWM 生成(边缘或中间对齐模式) ④ 单脉冲模式输出
- 可使用外部信号(TIMx_ETR)控制定时器和定时器互连(可以用 1 个定时器控制另外一个定时器)的同步电路。
- 产生中断/DMA(6个独立的IRQ/DMA请求生成器),该中断产生的事件如下: ① 更新:计数器向上溢出/向下溢出,计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发) ② 触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数) ③ 输入捕获 ④ 输出比较 ⑤ 支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路 ⑥ 触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理
- STM32 的通用定时器可以被用于:测量输入信号的脉冲长度(输入捕获)或者产生输出波形(输出比较和 PWM)等。
- 使用定时器预分频器和 RCC 时钟控制器预分频器,脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。STM32 的每个通用定时器都是完全独立的,没有互相共享的任何资源。
通用计时器框图如下:
从图中我们可以看到通用计时器由时钟、时基单元、输入电路、输出电路构成,下面将会对这四块分别做介绍。
2、通用计数器 时钟的选择
上图总结为计数器的时钟有8种选择:
- 内部RCC提供的时钟:TIMxCLK(CK_INT) CK_INT(内部时钟)值的计算: 从下图可知如果是APB1的分频系数是1,则通用定时器的时钟=APB1的时钟;否则(APB1的分频系数不是1)通用寄存器的时钟=APB1时钟*2;
如:默认使用SystemInit函数的情况下,SYSCLK=72M,AHB时钟=72M,APB1时钟=36M,APB1的分频系数=AHB时钟APB1时钟=2APB1的分频系数=AHB时钟APB1时钟=2 APB1的分频系数= dfrac{AHB时钟}{APB1时钟}=2 ,所以通用定时器时钟CK_INT=2*36M=72M。
- 内部触发器输入口1~4(ITR1、ITR2、ITR3、ITR4),用一个定时器作为另一定时器的分频
- 外部捕捉比较引脚,引脚1(TI1FP1或TI1F_ED)、引脚2(TI2FP2)
- 外部引脚:ETR(使能/禁止位、可编程设定极性、4位外部触发过滤器、外部触发分频器[分频器关闭、二分频、四分频、八分频])
计数器时钟可以由下列时钟源提供(该内容意思同上): 内部时钟(CK_INT) 外部时钟模式1:外部输入脚(TIx) 外部时钟模式2:外部触发输入(ETR) 内部触发输入(ITRx):使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器,如可以配置一个定时器Timer1而作为另一个定时器Timer2的预分频器。
3、时基单元
从上图中我们可看到定时器的构成:
1)计数寄存器(TIMx_CNT)
该寄存器计数模式为3种,向上计数、向下计数和对齐计数
2)预分频器寄存器(TIMx_PSC)
可将时钟频率按1到65536之间的任意值进行分频,可在运行时改变其设置值
3)自动装载寄存器(TIMx_ARR)
如果TIMx_CR1寄存器中的ARPE位为0,ARR寄存器的内容将直接写入影子寄存器;如果ARPE为1,ARR寄存器的内容将再每次的更新事件UEV发生时,传送到影子寄存器; 如果TIMx_CR1中的UDIS位为0,当计数器产生溢出条件时,产生更新事件;
4)控制寄存器1(TIMx_CR1)
5)DMA中断使能寄存器(TIMx_DIER)
6)定时器中断实现步骤
时基单元为我们提供了定时的功能,我们利用该功能实现如下示例程序的编写: 通过定时器中断配置,实现每500ms中断一次,通过定时中断实现LED灯闪烁。 ① 使能定时器时钟。 RCC_APB1PeriphClockCmd(); ② 初始化定时器,配置ARR,PSC(即配置自动装载寄存器TIMx_ARR和预分频寄存器值TIMx_PSC) TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, IM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);
ARR、PSC如何确定 1)我们知道计数器ARR溢出后会产生更新中断,我们以中心对齐模式的时序图来说明,如下图:
上图中CK_INT前面已说过,其频率由APB1来决定,若使用默认时钟SystemInit初始化的话,CK_INT=72MHz。 CK_CNT如何确定,我们看下图
CK_INT=APB1或APB1∗2CK_INT=APB1或APB1∗2 CK_INT = APB1或APB1*2 Fck_psc=CK_INTFck_psc=CK_INT Fck_psc = CK_INT CK_CNT=Fck_pscPSC[15:0]+1CK_CNT=Fck_pscPSC[15:0]+1 CK_CNT = dfrac{Fck_psc}{PSC[15:0]+1} 该公式计算出的即为CK_CNT的频率 那么一个时钟周期的时间 T=1CK_CNT=PSC[15:0]+1Fck_psc(348)(348)T=1CK_CNT=PSC[15:0]+1Fck_psc T = dfrac{1}{CK_CNT} = dfrac{PSC[15:0]+1}{Fck_psc} 由于计数器溢出会产生一次中断,故 Tout(溢出时间)=(ARR+1)∗T=(ARR+1)∗(PSC[15:0]+1)Fck_psc(349)(349)Tout(溢出时间)=(ARR+1)∗T=(ARR+1)∗(PSC[15:0]+1)Fck_psc Tout(溢出时间) = (ARR+1)* T = dfrac{(ARR+1)*(PSC[15:0]+1)}{Fck_psc} 上述公式为何计数器ARR和时钟分频PSC都要加1,因为这两个值是配置在寄存器中的,其实从0开始计数,故要加1。
根据上面导出的Tout的公式,结合本小节开头的需求,中断时间设置为500ms,我们可使用默认的系统频率,则Fck_psc=CK_INT=72MHz,则
500(ms)=(ARR+1)∗T=(ARR+1)∗(PSC[15:0]+1)72000(350)(350)500(ms)=(ARR+1)∗T=(ARR+1)∗(PSC[15:0]+1)72000
500(ms) = (ARR+1)* T = dfrac{(ARR+1)*(PSC[15:0]+1)}{72000} 设PSC=7199,则ARR=4999,该需求的ARR,PSC我们将会以此值去配置。
③ 开启定时器中断,配置NVIC。 void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState); NVIC_Init(); ④ 使能定时器。 TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState); ⑤ 编写中断服务函数。 TIMx_IRQHandler();
7)程序编写
//通用定时器3中断初始化
//这里时钟选择为APB1的2倍,而APB1为36M
//arr:自动重装值。
//psc:时钟预分频数
//这里使用的是定时器3!
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能
//定时器TIM3初始化
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中断,允许更新中断
//中断优先级NVIC设置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; //TIM3中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //先占优先级0级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //从优先级3级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化NVIC寄存器
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIMx
}
//定时器3中断服务程序
void TIM3_IRQHandler(void) //TIM3中断
{
if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查TIM3更新中断发生与否
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update ); //清除TIMx更新中断标志
LED1=!LED1;
}
}
//LED1闪烁的周期为500ms,LED0闪烁的周期为200ms,看到的现象为LED1闪烁慢,LED0闪烁快
int main(void)
{
delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级,2位响应优先级
LED_Init(); //LED端口初始化
TIM3_Int_Init(4999,7199);//10Khz的计数频率,计数到5000为500ms
while(1)
{
LED0=!LED0;
delay_ms(200);
}
}
STM32通用定时器在此篇仅记录了 定时器基本的概念和时基单元的功能编程,由于篇幅的限制,通用定时器的输入和输出的功能将再下篇介绍。
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