STM32F103定时器配置

一、定时器

定时器，顾名思义，就是用于定时或计数，它其实就是一个加1计数器。

1.1 定时器类型

STM32f103有三类定时器：

类型	编号	总线	功能
高级定时器	TIM1、TIME8	APB2	拥有通用定时器全部功能，并额外具有重复计数器、死区生成、互补输出、刹车输入等功能
通用定时器	TIM2、TIM3、TIM4、TIM5	APB1	拥有基本定时器全部功能，并额外具有内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等功能
基本定时器	TIM6、TIM7	APB1	拥有定时中断、主模式触发DAC的功能

每个通用定时器TIMx功能：

• 位于低速的APB1总线上；
• 16位向上、向下、向上/向下自动装载计数器（TIMx_CNT）；
• 16位可编程预分频器（TIMx_PSC），计数器的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：
  • 输入捕获；
  • 输出比较；
  • PWM生成；
  • 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联的同步电路；
• 如下事件发生时产生中断/DMA（6个独立的IRQ/DMA请求生成器）：
  • 更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化（通过软件或内部外部触发）；
  • 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）；
  • 输入捕获；
  • 输出比较；
  • 支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路；
  • 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。

1.1.1 高级定时器框图

1.1.2 通用定时器框图

1.1.3 基本定时器框图

1.2 计数器模式

通用定时器可以向上计数、向下计数、向上向下双向计数模式。

• 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；
• 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；
• 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。

具体如下图所示：

1.3 功能介绍

1.3.1 定时器中断

1.3.2 输出比较

输出比较可以通过比较CNT与CCRx寄存器值的关系，来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形。

输出比较模式：

模式	描述
冻结	CNT=CCR时，REF保持为原状态
匹配时置有效电平	CNT=CCR时，REF置有效电平
匹配时置无效电平	CNT=CCR时，REF置无效电平
匹配时置电平翻转	CNT=CCR时，REF电平翻转
强制为无效电平	CNT与CCR无效，REF强制为无效电平
强制为有效电平	CNT与CCR无效，REF强制为有效电平
PWM模式1	向上计数：CNT<CCR时，REF置有效电平，CNT≥CCR时，REF置无效电平 向下计数：CNT>CCR时，REF置无效电平，CNT≤CRR时，REF置有效电平
PWM模式2	向上计数：CNT<CCR时，REF置无效电平，CNT≥CCR时，REF置有效电平 向下计数：CNT>CCR时，REF置有效电平，CNT≤CRR时，REF置无效电平

1.3.3 PWM基本结构

PWM频率 ：\(F_{req} = T_{clk} / (PSC + 1) / (ARR + 1)\)；

PWM占空比：\(Duty = CCR / (ARR + 1)\)；

PWM分辨率：\(Peso = 1 / (ARR + 1)\)。

二、定时器相关寄存器

2.1 控制寄存器（TIMx_CR1）

想要使用定时器功能，首先要使能定时器。使能定时器主要用到控制寄存器1（TIMx_CR1），此处重点关注第一位，这一位是计数器使能位，给此位设1，使能计数器；

此外我们也需要关注位7 ARPE、位4 DIR。

2.2 DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER）

定时器的使用，很多情况下都伴随着中断，因此下面要重点关注的是DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER）。同样的，只用关注第一位。该位为更新中断允许位，当该位设置为1时，将允许由于更新事件所产生的中断；

2.3 预分频寄存器（TIMx_PSC）

接下来就要确定定时器的时间，定时器的定时是通过频率计算出来的。这里要用到预分频寄存器（TIMx_PSC）。该寄存器用于设置对时钟进行分频，然后提供给计数器，作为计数器的时钟；

2.3.1 计数器计数频率

定时器的时钟频率是\(T_{clk}\)，TIMx_PSC即为PSC的值。时钟频率被分频了PSC+1，那么定时器的时钟频率：

\[CK\_CNT = 时钟源频率 / 预分频系数 = \frac{T_{clk}}{PSC + 1} \]

故可知定时器计数值加1所需的时间为：$ \frac{PSC + 1}{T_{clk}}$。

2.3.2 计数器溢出频率

自动重装载值ARR，即TIM_ARR。定时器从0计数到ARR时清零。由第一步已经计算出了被分频了PSC+1的最终定时器的时钟频率为$ \frac{T_{clk}}{PSC + 1}$，这是计数一次的频率，故计数器溢出频率 （或者说定时器溢出频率）：

\[CK\_CNT\_OV = 时钟源频率 / 预分频系数 /自动重装载寄存器 = CK\_CNT / (ARR + 1) = T_{clk} / (PSC + 1) / (ARR + 1) \]

2.3.3 计数器溢出时间

计数器溢出时间（或者说定时器溢出时间）：

\[T_{out} = 1 / CK\_CNT\_OV = \frac {(PSC + 1) \times (ARR + 1) }{T_{clk}} \]

其中

• \(T_{clk}\)为定时器的输入时钟频率（单位Mhz），通常为系统时钟频率或者定时器外部时钟频率；
• ARR（TIM_ARR）：自动重装载值，是定时器溢出前的计数值；
• PSC（TIMx_PSC）：预分频值，是用来降低定时器时钟频率的参数；
• T_{out}：定时器溢出时间（单位us），一定要注意这个单位是us。

2.4 从模式控制寄存器（TIMx_SMCR）

从框图中可以看到统通用定时器时钟来源有以下几个：

• 内部时钟（CK_INT）默认；
• 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。

时钟源的选择，可以通过从模式寄存器（TIMx_SMCR）的第3位来选择；

2.5 自动重装载寄存器（TIMx_ARR）

下面是自动重载寄存器。自动装载寄存器（TIMx_ARR）是预先装载的，写或读自动重装载寄存器将访问预装载寄存器；

2.6 状态寄存器（TIMx_SR）

如果发生了更新中断，UIF位会被置1；

三、定时中断源码

3.1 定时中断初始化步骤

定时中断配置流程如下：

(1) TIMx时钟使能：通过配置RCC_APB1ENR/RCC_APB2ENR寄存器使能TIMx时钟；

(2) 配置TIMx时基单元；

• 配置TIMx_ARR寄存器自动重装载的值；

• 配置TIMx_PSC频寄存器预分频系数；

(3) 配置TIMx_DIER寄存器允许更新中断（UIE=1）;

(4) 设置NVIC;

• 参考《STM32F103嵌套向量中断控制器》：设置中断优先级分组、设置响应优先级和抢断优先级、使能相应中断位；

(5) 中断处理函数；

• 设置中断服务函数（包括清除中断标志，清SR寄存器状态标志位（UIF=0））。

(6) 允许TIMx工作：配置TIMx_CR1位0。

3.2 源码实现

3.2.1 TIM_TypeDef

TIMx寄存器结构TIM_TypeDef，在文件stm32f10x_map.h中定义如下：

/*------------------------ TIM ----------------------------*/
typedef struct
{
  vu16 CR1;		  // 控制寄存器1 ；
  u16  RESERVED0; 
  vu16 CR2;		  // 控制寄存器2 ；
  u16  RESERVED1; 
  vu16 SMCR;	  // 从模式控制寄存器 ；
  u16  RESERVED2;
  vu16 DIER;	  // DMA/中断使能寄存器 ；
  u16  RESERVED3;
  vu16 SR;		  // 状态寄存器 ；
  u16  RESERVED4;
  vu16 EGR;		  // 事件产生寄存器 ；
  u16  RESERVED5;
  vu16 CCMR1;	  // 捕获/比较模式寄存器1 ；
  u16  RESERVED6;
  vu16 CCMR2;	  // 捕获/比较模式寄存器2 ；
  u16  RESERVED7;
  vu16 CCER;	  // 捕获/比较使能寄存器 ；
  u16  RESERVED8;
  vu16 CNT;		  // 计数器寄存器 ；
  u16  RESERVED9;
  vu16 PSC;		  // 预分频寄存器 ；
  u16  RESERVED10;
  vu16 ARR;		  // 自动重装载寄存器 ；
  u16  RESERVED11;
  vu16 RCR;		  // 周期计数寄存器 ；
  u16  RESERVED12;
  vu16 CCR1;	  // 捕获/比较寄存器1 ；
  u16  RESERVED13;
  vu16 CCR2;	  // 捕获/比较寄存器2 ；
  u16  RESERVED14;
  vu16 CCR3;	  // 捕获/比较寄存器3 ；
  u16  RESERVED15;
  vu16 CCR4;	  // 捕获/比较寄存器4 ；
  u16  RESERVED16;
  vu16 BDTR;	  // 刹车和死区寄存器 ；
  u16  RESERVED17;
  vu16 DCR;		  // DMA控制寄存器 ；
  u16  RESERVED18;
  vu16 DMAR;	  // 连续模式的DMA地址寄存器 ；
  u16  RESERVED19;
} TIM_TypeDef;

在前面我们已经对TIM_TypeDef结构体中定义的大部分寄存器进行了详细的介绍，那么我们如何编码去初始化这些寄存器呢？

3.2.2 TIMx初始化

定时器初始化函数TIM_Int_Init定义如下：

volatile   TIM_TypeDef  *TIMx[8] = {TIM1,TIM2,TIM3,TIM4,TIM5,TIM6,TIM7,TIM8}; //定义8个指针数组保存 TIMx 的地址
/**************************************************************************************************************
 *
 *		 Description：   高级定时器1和8   APB2预分频系数=1 则计数器的时钟频率为 APB2  否则APB2*2
 *						 通用定时器2~7    APB1预分频系数=1 则计数器的时钟频率为 APB1  否则APB1*2
 *       Parameter  :    timx           TIMER1~TIMER8
                         DEFAULT_PSC    默认预分频系数 
                                        计数器的时钟频率 =  Fclk/（PSC[15:0]+1）     
                         time           中断时间 = （arr+1）/计数器的时钟频率/1000   单位ms
 *
 **************************************************************************************************************/ 
void TIM_Int_Init(TIMn timn,u32 time)                  
{
    u16 arr;							    //存放自动重装载的值
	u8 fclk;                                //存放定时器时钟频率  MHZ
	u16 DEFAULT_PSC=DEFAULT_PSC_MS;
    //u16 DEFAULT_PSC=DEFAULT_PSC_US;    	定时器中断us秒  
	if(timn==0||timn==7) 	                //定时器1或8   
	{
		 fclk = 72;                        //默认APB2 1倍频
	}
	else 
	{
	     fclk =72;						   //默认APB1 2倍频
	}
	arr = time*fclk*1000/(DEFAULT_PSC+1) -1;     //存放自动装载的值       定时器中断ms  自增1 1ms
	//arr = time*fclk/(DEFAULT_PSC+1)-1;           //存放自动装载的值      定时器中断us  自增1 1us  
	if(timn==0)                        //定时器1
	{
	  RCC->APB2ENR |=1<<11;                 //高级定时器1时钟使能  
	}
	else if(timn==1)                   //定时器2
	{
	  RCC->APB1ENR |=1<<0;                  //定时器2时钟使能  
	}          
    else if(timn==2)                   //定时器3
	{
	  RCC->APB1ENR |=1<<1;                  //定时器3时钟使能  
	}       
	else if(timn==3)                   //定时器4
	{
	  RCC->APB1ENR |=1<<2;                  //定时器4时钟使能  
	}   	              
    else if(timn==4)                   //定时器5
	{
	  RCC->APB1ENR |=1<<3;                  //定时器5时钟使能
	}    
	else if(timn==5)                   //定时器6
	{
	  RCC->APB1ENR |=1<<4;                  //定时器6时钟使能  
	}
	else if(timn==6)                   //定时器7
	{
	   RCC->APB1ENR |=1<<5;                  //定时器7时钟使能  
	}
	else
	{
	   RCC->APB2ENR |=1<<13;                  //定时器8时钟使能   
	}
	                                      
    TIMx[timn]->PSC  = DEFAULT_PSC;       //预分频值
    TIMx[timn]->ARR  = arr;			    //重新装载的值
    TIMx[timn]->DIER = 1<<0;				//允许更新中断   UIE=1;
   	TIMx[timn]->CR1  = 1<<0;              //使能计数器 开始计数
}

3.2.3 设置NVIC

在《STM32F103嵌套向量中断控制器》我们介绍了定时器中断包括：

TIM1_BRK_IRQHandler
TIM1_UP_IRQHandler
TIM1_TRG_COM_IRQHandler
TIM1_CC_IRQHandler
TIM2_IRQHandler
TIM3_IRQHandler
TIM4_IRQHandler
TIM8_BRK_IRQHandler
TIM8_UP_IRQHandler
TIM8_TRG_COM_IRQHandler
TIM8_CC_IRQHandler
TIM5_IRQHandler
TIM6_IRQHandler
TIM7_IRQHandler

比如我们使能中断TIM1_UP_IRQn（TIM1更新中断），设置中断优先级分组为2，占优先级为0，响应优先级为0；

STM32_NVIC_Init(2, TIM1_UP_IRQn ,0 ,0);		       // 中端使能

3.2.4 中断处理函数

这里定义了定时器相关的部分中断的处理函数，如下：

/*******************************************************************************
* Function Name  : TIM1_UP_IRQHandler
* Description    : This function handles TIM1 overflow and update interrupt 
*                  request.
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void TIM1_UP_IRQHandler(void)				    //定时器1溢出中断
{
	//**********************自定义用户任务****************************//

    
	//*****************************************************************//
	TIM1->SR &=~(1<<0);                       //清中断标志   必须  （置0清 非写1）
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : TIM2_IRQHandler
* Description    : This function handles TIM2 global interrupt request.
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	//**********************自定义用户任务****************************//

    
	//*****************************************************************//
	TIM2->SR &=~(1<<0);                       //清中断标志
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : TIM3_IRQHandler
* Description    : This function handles TIM3 global interrupt request.
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void TIM3_IRQHandler(void)
{
   //**********************自定义用户任务****************************//

	//*****************************************************************//
	TIM3->SR &= ~(1<<0);                       //清中断标志
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : TIM4_IRQHandler
* Description    : This function handles TIM4 global interrupt request.
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void TIM4_IRQHandler(void)
{
    //**********************自定义用户任务****************************//

	//*****************************************************************//
	TIM4->SR &= ~(1<<0);                       //清中断标志

}
/*******************************************************************************
* Function Name  : TIM5_IRQHandler
* Description    : This function handles TIM5 global interrupt request.
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void TIM5_IRQHandler(void)
{
   //**********************自定义用户任务****************************//

	//*****************************************************************//
	TIM5->SR &= ~(1<<0);                       //清中断标志
}
/*******************************************************************************
* Function Name  : TIM6_IRQHandler
* Description    : This function handles TIM6 global interrupt request.
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void TIM6_IRQHandler(void)
{
   //**********************自定义用户任务****************************//

	//*****************************************************************//
	TIM6->SR &= ~(1<<0);                       //清中断标志
}
/*******************************************************************************
* Function Name  : TIM7_IRQHandler
* Description    : This function handles TIM7 global interrupt request.
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void TIM7_IRQHandler(void)
{
   //**********************自定义用户任务****************************//

	//*****************************************************************//
	TIM7->SR &= ~(1<<0);                       //清中断标志
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : TIM8_UP_IRQHandler
* Description    : This function handles TIM8 overflow and update interrupt 
*                  request.
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void TIM8_UP_IRQHandler(void)
{
	//**********************自定义用户任务****************************//

    
	//*****************************************************************//
	TIM8->SR &=~(1<<0);                       //清中断标志   必须  （置0清 非写1）
}

3.3 实现功能

这里我们实现一个很简单的功能，每隔1s，串口发送一条数据。

3.3.1 main函数实现

int main()
{
   u16 i=0;
   STM32_Clock_Init(9);                           //系统时钟初始化
			
   STM32_NVIC_Init(2,USART1_IRQn,0,1);		      //串口中断优先级初始化，其中包括中断使能
   usart_init(USART_1,115200);				      //串口1初始化，波特率115200 映射到PA9 PA10

   // LED1初始化
   gpio_init(PA8,GPO_SpeedMax_50,HIGH);              //PA8接入LED1 

   STM32_NVIC_Init(2, TIM1_UP_IRQn  ,0,0);		     // TIM1更新中端使能
   TIM_Int_Init(TIMER1,1000);                        //TIM1计数到1000ms发生中断

   while(1)
   {
	 delay_ms(1000);
   }
}

3.3.2 TIM1_UP_IRQHandler函数实现

修改TIM1_UP_IRQHandler中断处理函数，添加串口输出：

/*******************************************************************************
* Function Name  : TIM1_UP_IRQHandler
* Description    : This function handles TIM1 overflow and update interrupt 
*                  request.
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void TIM1_UP_IRQHandler(void)				    //定时器1溢出中断
{
	//**********************自定义用户任务****************************//
	usart_sendStr(USART_1, "Time1 test");
	//*****************************************************************//
	TIM1->SR &=~(1<<0);                       //清中断标志   必须  （置0清 非写1）
}

3.3.3 测试

编译程序并下载测试：

可以看到1s串口输出一条数据。

四、源码下载

源码下载路径：stm32f103。

参考文章

[1] STM32F103定时器配置

[2] 正点原子STM32F103学习笔记（十）——定时器、PWM