STM32的定时器_计时与计数功能

定时器的计时功能

定时频率的配置与原理

• 定时时间公式

  从时基单元一节的介绍中，我们可以得到可知从开始计数到发生一次计数溢出的用时（该式仅适用向上与向下计算模式）：

  • 溢出周期T=(PSC分频系数+1)×(ARR重装载值+1)/CK_PSC预分频时钟

  • 定时器溢出频率为上式倒数：F=CK_PSC/[(PSC+1)×(ARR+1)]

  ARR需要加1是因为在计时过程中计时值0与最终的计数值ARR都会持续一个完整的计数脉冲

• 定时参数计算

  以蓝桥杯要求运行在HCLK=80MHz为例，在没有配置外设时钟ABP分频的情况下CK_INT=CK_PSC=TIMx_CLK=80MHz，显然这个值太大了，即便有16位的计数值，不进行分频就不能完成长于毫秒级的计时

  例如我们要求使用定时器计时3s，那么首先使PSC=7999，将时钟频率分频为80M/(7999+1)=10000Hz，再配置计数值为29999，就实现了计时3s

• 定时功能的初始化配置

  1. 首先配置系统时钟，具体见前文，总之可得HCLK=80MHz

  2. 点进左侧栏Timers中选择要使用的TIM，配置其时钟源以让该计时器用作计时功能

     • 对高级计时器，在弹出的TIM Mode and Configuration中间栏上部时钟源Clock Source选项中Internal Clock内部时钟源
     • 对基本计时器，勾选Activated以使能即可

  3. 在右侧窗口的下部Parameter Settings中配置Prescaler分频系数与Counter Period自动重装载系数（这两处数值对应PSC与ARR）；

     计数模式选择Up向上计数；内部时钟分频保持默认不开启；

  4. auto-reload preload自动重装载功能可按需开启

     启用这个预装载功能后能在修改ARR时保护计时进程；禁用则会使ARR值直接写入影子寄存器，更适合需要动态调整ARR的场合，如后文的PWM调节

  5. 切换到NVIC标签页，使能定时器的全局中断，让定时器溢出时产生中断

  6. 在配置完成后，CubeMX生成的代码将自动包含HAL_TIM_Base_Init()以初始化时基单元，下文不再介绍

定时功能的使用

• 定时器中断方式启动HAL_TIM_Base_Start_IT

  用于以中断方式启动定时器

  void HAL_TIM_Base_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim)
  //TIM_HandleTypeDef *htim: TIM的句柄，如使用TIM6时，写为&htim6
  

• 定时器中断回调函数HAL_TIM_PeriodElapsedCallback

  在中断一章中已经介绍过回调函数，启动中断的定时器发生更新事件后就会执行该函数

  void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
  

• 定时中断的代码实现

  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6);
  //在需要启用定时的地方插入中断启动
  
  void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
  {
  	if(htim->Instance == TIM6)
  	{
  		//在中断回调函数中判断中断源，并执行操作
  		//HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6) 如有需要可以再次开启定时
  	}
  }
  

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定时器的计数功能

计数功能的配置与原理

• 外部信号输入途径

  计数功能和定时功能原理本质上是一样的，当定时器对有固定频率的时钟源进行计数时就工作在定时模式下，而对外部脉冲进行计数时就工作在计数模式下

  在数据手册中可以查询到ETR/TIx引脚对应的GPIO

  • 外部触发输入引脚ETR：从ETR引脚输入信号，经过极性选择、分频与滤波后输入到时基单元
  • 外部输入引脚TIx：从定时器的捕获/比较通道TIMx_CHn输入信号，经过滤波与分频检测后输入到时基单元

  因为使用TI时定时器工作于从模式，而且占用了捕获/比较通道，因此实际工作中一般使用ETR来完成计数

• 外部信号的处理

  • 极性选择：选择外部脉冲信号的触发极性，反相表示在下降沿触发，不反相表示在上升沿触发

  • 分频：计数模式下的分频指的是多少个有效边沿触发一次计数

  • 滤波：防止外部脉冲信号的噪声与边缘抖动导致误计数

  分频与滤波处理不是必须的，视信号频率高低与干净程度决定

• ETR功能的初始化配置

  1. 将GPIO引脚的功能配置为对应TIM定时器的ETR引脚，具体对应见数据手册

  2. 点进左侧栏Timers中选择要使用的TIM，配置其时钟源以让该计时器工作于外部时钟模式2：在弹出的TIM Mode and Configuration中间栏上部时钟源Clock Source选项中选择ETR2

  3. 在右侧窗口的下部Parameter Settings的Clock部分配置滤波长度、时钟极性、时钟分频

  4. 配置分频系数、计数模式、预装载、ARR值

     需注意，为了防止计数溢出，将ARR值设置较大，也可以使能更新中断，在更新中断中记录溢出次数，溢出次数×(ARR+1)+CNT即当前计数值

计数功能的使用

• 定时器轮询方式启动函数HAL_TIM_Base_Start

  因为计数功能不需要使用中断，因此用轮询方式启动定时器

  void HAL_TIM_Base_Start(TIM_HandleTypeDef *htim)
  

• 读取计数值__HAL_TIM_GET_COUNTER

  开头的两个下划线表示该函数是宏函数(带参数的宏)，不发生函数调用而是进行宏替换，因此效率更高

  __HAL_TIM_GET_COUNTER(__HANDLE__)
  //参数__HANDLE__是指向定时器句柄的指针，即定时器句柄地址
  result=__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2);
  //跳转到该宏函数的定义，可见这个宏函数实际上会被替换为如下代码
  result=TIM2->CNT;//本质上就是读取TIM2_CNT寄存器
  

• 外部触发计数的代码实现

  HAL_TIM_Base_Start(&htim2);
  //启动计数
  
  result=__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2);
  //读取ETR引脚传来的脉冲计数结果