STM32（5）——通用定时器基本定时器
1、STM32的Timer简介
STM32中一共有11个定时器，其中2个高级控制定时器，4个普通定时器和2个基本定时器，以及2个看门狗定时器和1个系统嘀嗒定时器。
其中系统嘀嗒定时器是前文中所描述的SysTick，看门狗定时器以后再详细研究。今天主要是研究剩下的8个定时器。
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定时器 |
计数器分辨率 |
计数器类型 |
预分频系数 |
产生DMA请求 |
捕获/比较通道 |
互补输出 |
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TIM1 TIM8 |
16位 |
向上，向下，向上/向下 |
1-65536之间的任意数 |
可以 |
4 |
有 |
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TIM2 TIM3 TIM4 TIM5 |
16位 |
向上，向下，向上/向下 |
1-65536之间的任意数 |
可以 |
4 |
没有 |
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TIM6 TIM7 |
16位 |
向上 |
1-65536之间的任意数 |
可以 |
0 |
没有 |
2、普通定时器TIM2-TIM5
其中TIM1和TIM8是能够产生3对PWM互补输出的高级定时器，常用于三相电机的驱动，时钟由APB2的输出产生。TIM2-TIM5是普通定时器，TIM6和TIM7是基本定时器，其时钟由APB1输出产生。今天就从最简单的开始学习起，也就是TIM2-TIM5普通定时器的定时功能。
2.1 时钟来源
计数器时钟可以由下列时钟源提供：
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。
由于今天的学习是最基本的定时功能，所以采用内部时钟。TIM2-TIM5的时钟不是直接来自于APB1，而是来自于输入为APB1的一个倍频器。
这个倍频器的作用是：
当APB1的预分频系数为1时，这个倍频器不起作用，定时器的时钟频率等于APB1的频率；
当APB1的预分频系数为其他数值时（即预分频系数为2、4、8或16），这个倍频器起作用，定时器的时钟频率等于APB1的频率的2倍。
通过倍频器给定时器时钟的好处是：
APB1不但要给TIM2-TIM5提供时钟，还要为其他的外设提供时钟；
设置这个倍频器可以保证在其他外设使用较低时钟频率时，TIM2-TIM5仍然可以得到较高的时钟频率。
2.2 计数器模式
TIM2-TIM5可以由向上计数、向下计数、向上向下双向计数。
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。在向下模式中，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。而中央对齐模式（向上/向下计数）是计数器从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。
2.3 编程步骤
- 配置系统时钟；
- 配置NVIC；
- 配置GPIO；
- 配置TIMER；
其中，前3项在前面的笔记中已经给出，在此就不再赘述了。第4项配置TIMER有如下配置：
- 利用TIM_DeInit()函数将Timer设置为默认缺省值；
- TIM_InternalClockConfig()选择TIMx来设置内部时钟源；
- TIM_Perscaler来设置预分频系数；
- TIM_ClockDivision来设置时钟分割；
- TIM_CounterMode来设置计数器模式；
- TIM_Period来设置自动装入的值
- TIM_ARRPerloadConfig()来设置是否使用预装载缓冲器
- TIM_ITConfig()来开启TIMx的中断
其中3 - 6 步骤中的参数由TIM_TimerBaseInitTypeDef结构体给出。
步骤 3 中的预分频系数用来确定TIMx所使用的时钟频率，具体计算方法为：CK_INT/(TIM_Perscaler+1)。CK_INT是内部时钟源的频率，是根据2.1中所描述的APB1的倍频器送出的时钟，TIM_Perscaler是用户设定的预分频系数，其值范围是从0 – 65535。
步骤 4 中的时钟分割定义的是在定时器时钟频率(CK_INT)与数字滤波器(ETR,TIx)使用的采样频率之间的分频比例。TIM_ClockDivision的参数如下表：
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TIM_ClockDivision |
描述 |
二进制值 |
|
TIM_CKD_DIV1 |
tDTS = Tck_tim |
0x00 |
|
TIM_CKD_DIV2 |
tDTS = 2 * Tck_tim |
0x01 |
|
TIM_CKD_DIV4 |
tDTS = 4 * Tck_tim |
0x10 |
数字滤波器(ETR,TIx)是为了将ETR进来的分频后的信号滤波，保证通过信号频率不超过某个限定。
步骤 7 中需要禁止使用预装载缓冲器。当预装载缓冲器被禁止时，写入自动装入的值(TIMx_ARR)的数值会直接传送到对应的影子寄存器；如果使能预加载寄存器，则写入ARR的数值会在更新事件时，才会从预加载寄存器传送到对应的影子寄存器。
ARM中，有的逻辑寄存器在物理上对应2个寄存器，一个是程序员可以写入或读出的寄存器，称为preload register(预装载寄存器)，另一个是程序员看不见的、但在操作中真正起作用的寄存器，称为shadow register(影子寄存器)；设计preload register和shadow register的好处是，所有真正需要起作用的寄存器(shadow register)可以在同一个时间(发生更新事件时)被更新为所对应的preload register的内容，这样可以保证多个通道的操作能够准确地同步。如果没有shadow register，或者preload register和shadow register是直通的，即软件更新preload register时，同时更新了shadow register，因为软件不可能在一个相同的时刻同时更新多个寄存器，结果造成多个通道的时序不能同步，如果再加上其它因素(例如中断)，多个通道的时序关系有可能是不可预知的。
3、程序源代码
本例实现的是通过TIM2的定时功能，使得LED灯按照1s的时间间隔来闪烁
#include "stm32f10x_lib.h"
void RCC_cfg();
void TIMER_cfg();
void NVIC_cfg();
void GPIO_cfg();
int main()
{
RCC_cfg();
NVIC_cfg();
GPIO_cfg();
TIMER_cfg();
//开启定时器2
TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
while(1);
}
void RCC_cfg()
{
//定义错误状态变量
ErrorStatus HSEStartUpStatus;
//将RCC寄存器重新设置为默认值
RCC_DeInit();
//打开外部高速时钟晶振
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
//等待外部高速时钟晶振工作
HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
{
//设置AHB时钟(HCLK)为系统时钟
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
//设置高速AHB时钟(APB2)为HCLK时钟
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
//设置低速AHB时钟(APB1)为HCLK的2分频
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
//设置FLASH代码延时
FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
//使能预取指缓存
FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
//设置PLL时钟，为HSE的9倍频 8MHz * 9 = 72MHz
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);
//使能PLL
RCC_PLLCmd(ENABLE);
//等待PLL准备就绪
while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);
//设置PLL为系统时钟源
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
//判断PLL是否是系统时钟
while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
}
//允许TIM2的时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
//允许GPIO的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
}
void TIMER_cfg()
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
//重新将Timer设置为缺省值
TIM_DeInit(TIM2);
//采用内部时钟给TIM2提供时钟源
TIM_InternalClockConfig(TIM2);
//预分频系数为36000-1，这样计数器时钟为72MHz/36000 = 2kHz
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 36000 - 1;
//设置时钟分割
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
//设置计数器模式为向上计数模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
//设置计数溢出大小，每计2000个数就产生一个更新事件
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 2000 - 1;
//将配置应用到TIM2中
TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStructure);
//清除溢出中断标志
TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
//禁止ARR预装载缓冲器
TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, DISABLE);
//开启TIM2的中断
TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);
}
void NVIC_cfg()
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
//选择中断分组1
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
//选择TIM2的中断通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQChannel;
//抢占式中断优先级设置为0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
//响应式中断优先级设置为0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
//使能中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
void GPIO_cfg()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //选择引脚5
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //输出频率最大50MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //带上拉电阻输出
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
}
在stm32f10x_it.c中，我们找到函数TIM2_IRQHandler()，并向其中添加代码
void TIM2_IRQHandler(void)
{
u8 ReadValue;
//检测是否发生溢出更新事件
if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
{
//清除TIM2的中断待处理位
TIM_ClearITPendingBit(TIM2 , TIM_FLAG_Update);
//将PB.5管脚输出数值写入ReadValue
ReadValue = GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_5);
if(ReadValue == 0)
{
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
else
{
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
}
}
