08-CubeMx+Keil+Proteus仿真STM32 - 定时器(一)

本文例子参考《STM32单片机开发实例——基于Proteus虚拟仿真与HAL/LL库》
源代码:https://github.com/LanLinnet/STM32F103R6

项目要求

通过定时器延时(阻塞)的方式,实现LED灯以1秒为周期闪烁。

硬件设计

  1. 第一节的基础上,在Proteus中添加电路如下图所示。

  2. 要对芯片进行设置,我们首先要了解定时器的工作机制。

    (1)定时器概述
    STM32F103系列单片机最多支持8个定时器,其中STM32F103R6单片机内部仅保留TIM1、TIM2和TIM3这3个定时器,其中TIM1是高级定时器,TIM2和TIM3是普通定时器。

    • 普通定时器除具备基本的定时功能外,还可以为DAC提供一个触发通道,增加了输入捕获、输出比较、单脉冲输出、PWM信号输出、正交编码器等功能。
    • 高级定时器在具备普通定时器的功能的基础上,还增加了可输出带死区控制的互补PWM信号、紧急制动、定时器同步等功能,最多可以输出6路PWM信号。
      在本项目中我们使用普通定时器TIM3。


    (2)基本定时功能
    本次项目中我们只需要采用定时器的基本定时功能即可,其本质上就是对周期性脉冲信号进行计数。STM32芯片的时钟源有很多,我们简单列举一下:

    • 低速内部时钟LSI:一般由内部RC振荡器提供,多用于RTC和看门狗电路。
    • 低速外部时钟LSE:一般由外部晶振提供,多用于实时时钟,频率一般为32.768kHz。
    • 高速内部时钟HSI:一般由内部RC振荡器提供,多用于系统时钟和PLL输入,频率一般为8MHz。
    • 高速外部时钟HSE:一般由外部晶振提供(4~16MHz,多为8MHz),用于系统时钟和PLL输入。


    (3)计数模式
    定时器有3种不同的计数模式,即向上计数、向下计数和中央对齐(向上/向下)计数模式。这里我们采用向上计数模式,从默认初始值0开始做加法计数,加到预设值之后产生一次溢出事件,自动复位至初始值0,之后开始新一轮的计数。

    下面是STM32F103R6芯片的时钟树,由图可知TIM3的时钟源来自APB1(Advanced Peripheral Bus1, 高级外设总线1),其时钟频率我们后面会在CubeMX中进行配置。


    (4)时间计算
    定时器有3种不同的计数模式,即向上计数、向下计数和中央对齐(向上/向下)计数模式。这里我们采用向上计数模式,从默认初始值0开始做加法计数,加到预设值之后产生一次溢出事件,自动复位至初始值0,之后开始新一轮的计数。
    APB1 Timer clocks脉冲经过1个TIM3的专属预分频器分频之后就会成为TIM3的计数脉冲,预分频参数保存在一个16位的寄存器TIM3_PSC(简称PSC)中。
    已知APB1 Timer clocks脉冲的频率为\(f_{CLK}\),TIM3的计数脉冲周期为\(T_{CNT}\),预分频参数为PSC,那么有公式如下:

    \(T_{CNT}=\frac{PSC+1}{f_{CLK}}\)

    又因为STM32单片机所有的定时器都是16位定时器,其计数范围为0~65535,那么我们就可以根据实际需要设计定时器的预设值,也就是自动重载寄存器TIM3_ARR(简称ARR)的值,此时TIM3采用向上计数的模式,那么其一次溢出时间(或者说一个计数周期)\(T_{OUT}\)就可以由上面的公式变为:

    \(T_{OUT}=T_{CNT}\left(ARR+1\right)=\frac{\left(PSC+1\right)\left(ARR+1\right)}{f_{CLK}}\)

    如果时钟频率采用默认的8MHz,我们不妨设置PSC为7999,那么此时可以计算出TIM3的计数脉冲周期为\(T_{CNT}\)恰好为1ms

    \(T_{CNT}=\frac{PSC+1}{f_{CLK}}=\frac{7999+1}8=1000\mu s=1ms\)

    由于我们设定的LED灯闪烁周期为1秒,那么亮或灭一次状态的持续时间就是500ms,TIM3的计数脉冲周期为1ms,所以一个状态需要计数500次。又因为本项目我们采用的是定时器阻塞的编程方式,我们只需要通过循环不断检测当前计数值是否到了500即可。正因为如此,定时器一次溢出时间就需要大于500ms(不然计数永远达不到500)。我们不妨设置ARR为999,这时套用上面的公式有

    \(T_{OUT}=T_{CNT}\left(ARR+1\right)=1000\times\left(999+1\right)=10^6\mu s=1s\)

    满足条件。

  3. 打开CubeMX,建立工程。我们首先将PC0管脚设置为GPIO_Output。
    随后对定时器进行设置:点击“Categories”中的“Timer”列表,选中“TIM3”。在“TIM3 Mode and Configuration”窗口中设置“Clock Source”为Internal Clock,设置“PSC”为7999,“Counter Period”为999

    接下来点击“Clock Configuration”进入时钟配置界面,这里我们采用默认设定的8MHz。

  4. 点击“Generator Code”生成Keil工程。

软件编写

  1. 本次我们需要实现定时器阻塞延时使得LED灯闪烁,需要用到定时器运行和定时器停止函数,其API文档如下:
    HAL_TIM_Base_Start 定时器运行

    HAL_TIM_Base_Stop 定时器停止

    此外,还需要使用宏定义为定时器设定初始计数值__HAL_TIM_SET_COUNTER和获取定时器当前计数值__HAL_TIM_GET_COUNTER,我们可以在“stm32f1xx_hal_tim.h”文件中找到这两个宏定义。

  2. 点击“Open Project”在Keil中打开工程,双击“main.c”文件。

  3. 我们需要设置一个自定义延时函数,输入数值n,可以以定时器阻塞的方式延时n ms。首先在main.c文件的最上面声明这个函数。

    /* Private user code ---------------------------------------------------------*/
    /* USER CODE BEGIN 0 */
    void My_Delay_ms(uint16_t nms);   //声明自定义函数
    /* USER CODE END 0 */
    

    /* USER CODE BEGIN 4 *//* USER CODE END 4 */之间插入该自定义函数,代码如下

    /* USER CODE BEGIN 4 */
    //自定义函数
    void My_Delay_ms(uint16_t nms)
    {
    	uint16_t counter = 0;
    	__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3, 0);  //为定时器TIM3设定初始计数值0
    	HAL_TIM_Base_Start(&htim3);  //运行定时器
    	do
    	{
    		counter = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3);  //当计数值小于nms时,一直循环获取定时器当前计数值
    	}
    	while(counter < nms);
    	HAL_TIM_Base_Stop(&htim3);  //到nms时停止定时器TIM3
    		
    }
    /* USER CODE END 4 */
    

    最后,我们在while循环中添加下面的代码

    /* USER CODE BEGIN WHILE */
    while (1)
    {
      HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_0);   //PC0引脚电平翻转
      My_Delay_ms(500);   //延时500ms
    /* USER CODE END WHILE */
    
    /* USER CODE BEGIN 3 */
    }
    /* USER CODE END 3 */
    

联合调试

  1. 点击运行,生成HEX文件。
  2. 在Proteus中加载相应HEX文件,点击运行,LED灯以1秒为周期闪烁。
posted @ 2022-05-09 10:58  Sheepeach  阅读(337)  评论(0编辑  收藏  举报