STM32—TIM定时器第一部分

【TIM定时器】

第一部分：定时器的基本定时功能

第二部分：定时器的输出比较功能

第三部分：定时器的输入捕获功能

第四部分：定时器的编码器接

【定时器简介】

• 定时器TIM（Timer）
• 定时触发中断功能：可以对输入的时钟进行计数，并在计数值达到设定值时触发中断
• 可以理解为计数器，计时的过程是对基准时钟进行计数的功能。在STM32中，定时器的基准时钟一般是主频72MHz。（周期是频率的倒数）
• 这个基准时钟就是单片机的时钟周期，就是主频的倒数，CPU中最小的时间单位，定时器就是对这个时钟周期进行计数，看过了多少个时钟周期
• 时基单元：16位计数器，预分频器，自动重装寄存器。都是16位的。2^16 = 65536。如果预分频器设置最大，自动重装也设置最大，定时器的最大定时时间是72M/65536/65536 = 中断频率 = 1 / 59.65s（第一个65536是自动重装最大值，达到最大值计数器加一，计数器最大也是65535），周期接近一分钟。
• 不仅具备基本的定时中断功能，而且还包含内外时钟源选择，输入捕获，输出比较，编译器接口，主从触发模式等多种功能
• 根据复杂度和应用场景分为高级定时器，通用定时器和基本定时器

【定时器的类型，编号，总线的对应情况】

STM32F103C8T6定时器资源：TIM1~TIM4

 【基本定时器结构图】

• 基本定时器功能：定时中断，主模式触发DAC
• 基本定时器只能选择内部时钟
• 时基电路：最基本的计数计时电路包括预分频器，计数器和自动重装寄存器
• 预分频器
  1. 预分频器可以对72MHz的计数时钟进行预分配，对输入的基准频率提前进行一个分频的操作
  2. （寄存器写0是不分频，输出频率 = 输入频率 = 72MHz），（预分频器写1是2分频，输出频率 = 输入频率 / 2 = 36MHz）
  3. 实际分频系数 = 预分频值 + 1
  4. 目的：把72MHz分成想要的频率。比如1MHz，每周期1us，这样便于计算
  5. 记忆：刀切蛋糕，一刀切两块
  6. 理解：预分频器实质是寄存器，如果设置值为3，则每个时钟上升沿预分频加一。取值范围为（0 1 2 3）。四个数，就是4分频
• 计数器
  1. 对预分频后的计数时钟进行计数（使用向上计数模式：计数器从0开始，向上自增，记到重装值，清零同时申请中断）
  2. 计数时钟每来一个上升沿，计数器的值+1，故计数器的值会在计时过程中不断地自增运行，当自增到目标值时产生中断，完成定时的任务
• 自动重装载寄存器（存储目标值的寄存器）
  1. 在此之中存储的是写入的计数目标
  2. 在运行过程中，计数值不断自增，自动重装值是固定的目标，当计数值等于自动重装值时，也就是计时时间到了
  3. 产生中断信号，并清零计数器，计数器将自动开始下一次的计数计时
• 主从触发模式（让内部硬件在不受程序的控制下实现自动运行）
  1. 在使用DAC时，需要用DAC输出一段波形。每隔一段时间触发一次DAC，让它输出下一个电压点
  2. 主模式：把【定时器的更新事件】映射到触发输出TRGO（Trigger Out）的位置，TRGO直接接到DAC（数模转换器）的触发转换引脚上

【通用寄存器结构图】

•  计数器的计数模式：通用定时器和高级定时器不仅支持向上计数，同时支持向下计数模式和中央对齐模式。向下计数模式指从重装值开始，向下自减，减到0之后，回到重装值同时申请中断。中央对齐的计数模式指从0开始先向上自增，增到重装值申请中断，再向下自减到0，申请中断。
• 内外时钟源选择：对于通用定时器，时钟源不仅可以选择内部的72MHz时钟，还可以选择外部时钟
  1. 外部时钟模式2

     外部时钟来自于TIMx_ETR引脚上的外部时钟。例如TIM2_CH1_ETR就是TIM2（定时器）的CH1（通道）和ETR（外设）都复用在了PA0这个引脚。CH是通道Channel的意思

  2.  

      外部时钟模式1（待补充）：其输入可以是ETR引脚，其他定时器，CH1引脚的边沿，CH1引脚和CH2引脚

• 输入捕获（第三部分）
• 输出比较（第二部分）

 【时基单元运行的一些细节问题】

【预分频器时序】

•  重要前提：在改变预分频系数的时候,得等到下一次计数周期才能改变实际的频率
• 预分频器的输入时钟CK_PSC：选内部时钟的话一般是72MHz
  计数器使能CNT_EN：高电平计数器正常运行，低电平计数器停止
  计数器时钟CK_CNT：既是预分频器的时钟输出也是计数器的时钟输入
• 计时器未使能时，计数器时钟不运行。使能后，前半段预分频器系数为1，计数器的时钟等于预分频前的时钟；后半段预分频器系数为2，计数器的时钟变为预分频器前时钟的一半
• 在计数器时钟的驱动下，计数器寄存器也随时钟的上升沿不断自增，在“FC”后计数值变为0，可以推断出自动重装值就是FC，因为当计数值和重装值相等，并且下一个时钟来临时，计数值才清零，同时产生一个更新事件
• 预分频寄存器的缓冲机制：预分频控制寄存器是供我们读写用的并不直接决定分频系数；而预分频缓冲寄存器才是真正起作用的。避免时钟的分频系数突然改变，导致一个计数周期内，前后部分的频率不一样。

【计数器时序】

• 预分频器的输入时钟CK_PSC：选内部时钟的话一般是72MHz

• 计数器使能CNT_EN：高电平计数器正常运行，低电平计数器停止

• 计数器时钟 = CK_PSC / 2，计数器在时钟的每个上升沿自增，溢出后清零，产生一个更新事件的脉冲，另外还会将更新中断标志位UIF置1，随即申请中断，中断响应后，需要在中断程序里手动清零

• 通过设置ARPE位，可以选择是否使用预装功能

【RCC时钟树】