STM32通用定时器使用详解

#1.通用定时器基本介绍

※       通用定时器包括TIM2、TIM3、TIM4和TIM5

※       STM32通用定时器是一个通过可编程预分频器驱动的16位自动装载计数器构成。

※       每个定时器都是完全独立的，没有互相共享任何资源。它们可以一起同步操作。

※       定时器可以进行定时器基本定时，输出4路PWM，输入捕获

※       本文详细介绍这三个功能并且利用定时器3并且示例代码使用

#2.开发环境

开发平台：keil5

单片机：STM32F103ZET6

#3.基本定时功能

## 3.1定时器时钟来源分析

     STM32部分时钟树：

3.1.1 首先我们我们的系统时钟（SYSCLK 72MHz） 经过AHB分频器给APB1外设，但是APB1外设最大的只能到36Mhz，所以必须要系统时钟的二分频。下面又规定了如果APB1预分频系数为1则频率不变，否则频率X2至定时器27，所以定时器27的时钟频率为还是72MHz

3.1.2 分配给我们定时器的时钟是72MHz,我们可以根据自己的需求再设置定时器的分频,设置它的定时值

1. /*
   
2.   * 初始化定时器的时候指定我们分频系数psc,这里是将我们的系统时钟(72MHz)进行分频
   
3.   * 然后指定重装载值arr,这个重装载值的意思就是当 我们的定时器的计数值 达到这个arr时,定时器就会重新装载其他值.
   
4.     例如当我们设置定时器为向上计数时,定时器计数的值等于arr之后就会被清0重新计数
   
5.   * 定时器计数的值被重装载一次被就是一个更新(Update)
   
6.   * 计算Update时间公式
   
7.   Tout = ((arr+1)*(psc+1))/Tclk
   
8.   公式推导详解:
   
9.     Tclk是定时器时钟源,在这里就是72Mhz
   
10.     我们将分配的时钟进行分频,指定分频值为psc,就将我们的Tclk分了psc+1,我们定时器的最终频率就是Tclk/(psc+1) MHz
    
11.     这里的频率的意思就是1s中记 Tclk/(psc+1)M个数 (1M=10的6次方) ,每记一个数的时间为(psc+1)/Tclk ,很好理解频率的倒数是周期,这里每一个数的周期就是(psc+1)/Tclk 秒
    
12.     然后我们从0记到arr 就是 (arr+1)*(psc+1)/Tclk
    
13.   举例:比如我们设置arr=7199,psc=9999
    
14.   我们将72MHz (1M等于10的6次方) 分成了(9999+1)等于 7200Hz
    
15.   就是一秒钟记录9000数,每记录一个数就是1/7200秒
    
16.   我们这里记录9000个数进入定时器更新(7199+1)*(1/7200)=1s,也就是1s进入一次更新Update
    
17. */
    
18. //简单进行定时器初始化,设置 预装载值 和 分频系数
    
19. void MY_TIM3_Init(u16 arr,u16 psc){
    
20.   
    
21.   //初始化结构体
    
22.   TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    
23.   
    
24.   //1.分配时钟
    
25.   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
    
26.   
    
27.   //2.初始化定时器相关配置
    
28.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;
    
29.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc;
    
30.   
    
31.   /*在这里说一下这个TIM_ClockDivision 是设置与进行输入捕获相关的分频
    
32.     设置的这个值不会影响定时器的时钟频率,我们一般设置为TIM_CKD_DIV1,也就是不分频*/
    
33.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    
34.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数
    
35.   TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);
    
36.   
    
37.   //3.打开定时器
    
38.   TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
    
39. }
    
40. 
    
41. /****************** 主函数 ********************/
    
42. //在主函数中我们可以调用初始化
    
43. int main(){
    
44.   //定时器初始化
    
45.   MY_TIM3_Init(7199,9999);
    
46.   while(1){
    
47.    
    
48.     //检测更新标志位
    
49.     if(TIM_GetFlagStatus(TIM3,TIM_IT_Update)){
    
50.       //清除标志位
    
51.       TIM_ClearFlag(TIM3,TIM_IT_Update);
    
52.       //....(每隔一秒执行任务)
    
53.     }
    
54.    
    
55.   }
    
56. }

复制代码

#4.定时器输出PWM

## 4.1基本介绍   

  4.1.1PWM是脉冲宽度调制,我们是通过改变脉冲的宽度来达到改变输出电压的效果,本质上就是调节占空比实现的,STM32除了基本定时器(TIM6,TIM7)不能输出PWM以外,其它的定时器都具有输出PWM,其中高级定时器(TIM1和TIM8)还能输出7路PWM,基本定时器(TIM2,TIM3,TIM4,TIM5)也可以输出4路PWM > 输出PWM是很有用的,比如我们可以通过控制电机来玩小车,或者通过输出PWM改变LED的亮度,制造呼吸灯等等

4.1.2 我们通用定时器能输出PWM的IO口是固定的,虽然我们可以通过重映射可以改变引脚,具体是哪一些IO口我们要通过查阅STM32的参考手册

这里涉及到一个重映射的概念,重映射就是管脚的外设功能映射到另一个管脚,但是不是可以随便映射的,具体对应关系参考手册上的管脚说明。这样优点是可以优化电路设计；扩展功能，减少外设芯片资源

1. 时器3，可产生四路的PWM输出,四个通道分别对应的引脚情况如下
   
2.   TIM3_CH1,TIM3_CH2,TIM3_CH3,TIM3_CH4
   
3.   没有重映像的对应情况:
   
4.   PA6,PA7,PB0,PB1
   
5.   部分重映像:
   
6.   PB4,PB5,PB0,PB1
   
7.   完全重映像:
   
8.   PC6,PC7,PC8,PC9  
   
9. 
   
10.   当我们的IO口不仅仅是做普通的输入输出使用的时候,作为别的外设(AD,串口,定时器等)的特定功能引脚,就需要开启外设.
    
11.   这里我们还需要开启APB2外设上的复用时钟AFIO,同时IO口采用的是复用输出!
    
12. 
    
13.   我们这里是没有使用重映射功能.
    
14. */
    
15. // 宏定义
    
16. //判断当前是处于哪一种模式,以便于我们初始化IO口
    
17. #define NO_REAMP   0
    
18. #define PART_REAMP 1
    
19. #define FULL_REAMP 2
    
20. 
    
21. // ---> 这里是需要制定的参数
    
22. 
    
23. //指定这里的 当前的模式,我们给她默认指定是 没有重映射
    
24. #define CURRENT_MODE NO_REAMP
    
25. 
    
26. //*************根据当前模式初始化IO口 函数
    
27. void MY_TIM3_GPIO_Init(void){
    
28.   
    
29.   GPIO_InitTypeDef   GPIO_InitStructure;
    
30.   
    
31.   //1.开启AFIO时钟
    
32.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
    
33.   
    
34.   //2. 根据当前的重映像的模式 配置时钟 和 初始化相关引脚
    
35.   switch(CURRENT_MODE){
    
36.    
    
37.     //2.1 如果没有重映射
    
38.     case NO_REAMP:{
    
39.       
    
40.       // 时钟分配
    
41.       RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
    
42.       // 初始化IO口
    
43.       GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    
44.       GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
45.       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
    
46.       GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
    
47.       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;
    
48.       GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
    
49.       
    
50.       break;
    
51.     }
    
52.     //2.2 部分重映射
    
53.     case PART_REAMP:{
    
54.       
    
55.       // 时钟分配
    
56.       RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
    
57.       // 初始化IO口
    
58.       GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    
59.       GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
60.       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;
    
61.       GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
    
62.       
    
63.       break;
    
64.     }
    
65.     //2.3 全映射
    
66.     case FULL_REAMP:{
    
67.       
    
68.       // 时钟分配
    
69.       RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
    
70.       // 初始化IO口
    
71.       GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    
72.       GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
73.       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9;
    
74.       GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
    
75.       
    
76.       break;
    
77.     }
    
78.     default:break;
    
79.   }  
    
80. }
    
81. 
    
82. //***************** 定时器PWM输出初始化函数
    
83. void MY_TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc){
    
84.   
    
85.   //初始化结构体
    
86.   TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitstrcuture;
    
87.   
    
88.   //1.初始化定时器 和 相关的IO口
    
89.   MY_TIM3_Init(arr,psc);
    
90.   MY_TIM3_GPIO_Init();
    
91.   
    
92.   //2.初始化PWM的模式
    
93.   
    
94.   /**
    
95.   选择PWM模式:
    
96.     PWM1模式:
    
97.       向上计数时,当我们 当前的 计数值 小于我们的设置阈值为有效电平,否则为无效电平,向下计数时与向上计数时相反
    
98.     PWM2模式:
    
99.       与PWM1模式向上向下计数时完全相反
    
100.   */
     
101.   TIM_OCInitstrcuture.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
     
102.   TIM_OCInitstrcuture.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
     
103.   TIM_OCInitstrcuture.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;   //输出电平为高,也就是有效电平为高
     
104.   TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitstrcuture);            //这里是设置利用通道1输出
     
105.   
     
106.   //这里只初始化通道1,我们可以根据自己需求初始化其它通道
     
107.   
     
108. //  TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitstrcuture);
     
109. //  TIM_OC3Init(TIM3,&TIM_OCInitstrcuture);
     
110. //  TIM_OC4Init(TIM3,&TIM_OCInitstrcuture);
     
111. 
     
112.   TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); //使能预装载寄存器
     
113. }
     
114. 
     
115. //*********************主函数调用
     
116. int main(){
     
117.   
     
118.   //因为我们单片机引脚输出电压3.3V左右,我们设置预装载值为330
     
119.   MY_TIM3_PWM_Init(330,0);
     
120.   
     
121.   //我们初始化的时候选择的是PWM1模式,当计数值小于我们的设定值100时为有效电平,这里是高电平
     
122.   //所以对于的1通道(PA6)电压是大概就是 3.3 * (100/330) = 1V 左右,我们可以用万用表测量
     
123.   TIM_SetCompare1(TIM3,100);
     
124.   
     
125.   while(1);

复制代码

#5.定时器输入捕获

## 5.1基本介绍

※       上面介绍了定时器的四路通道可以输出PWM,同样的我们也可以捕获该定时器这四路通道上的边沿状态(上升沿,下降沿)

※       由此可见基本定时器也不能进行输入捕获,没有思路通道

我们可以通过输入捕获的来测量高电平脉宽时间,首先捕获到高电平,记录下改时间,然后切换为捕获低电平,得到时间

## 5.2开发步骤

###  输入捕获 (捕获边沿信号,上升沿和下降沿)

   首先我们需要以一定的频率检测电平的跳变,然后对部分跳变(也就是部分输入的波形)进行过滤------ 这就是定时器里面的滤波器的任务

1.      指定输入滤波器时钟频率,首先是系统时钟分给定时器72Mhz,我们首先初始化定时器的时候指定了TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision= TIM_CKD_DIV1; 没有分频，输入给滤波器的时钟频率还是72MHz,TIM_ClockDivision也可以指定为2分频或者4分频

2.      波形过滤(TIM_ICFilter),这里有一个指定过滤器的参数(参考芯片手册),例如我们设置参数为0101(二进制),采样频率(fsampling)为 滤波器频率/2 = 36Mhz,N=8.当检测到一个上升沿的时候,再以fsampling频率连续8次检测到高电平才确认是一个有效的上升沿，这样可以滤除那些高电平脉宽低于8个采样周期的脉冲信号，从而达到滤高频波的效果。

3.      配置输入分频(TIM_ICPrescaler),如果我们设置不分频,一个边沿(上升沿或者下降沿)就触发一次捕获,二分频就是两次边沿触发捕获，这里这个分频可以为1,2,4,8

1. //定时器输入捕获初始化
   
2. void MY_TIM3_Cap_Init(u16 arr,u16 psc){
   
3. 
   
4.   //初始化结构体
   
5.   TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
   
6.   
   
7.   //1.初始化定时器 和 相关的IO口
   
8.   MY_TIM3_Init(arr,psc);
   
9. 
   
10.   //这里的IO口根据自己需求改成输入,我这改成下拉输入,具体代码就不展现了
    
11.   MY_TIM3_GPIO_Init();
    
12.   
    
13.   //2.初始化定时器输入捕获
    
14.   TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1 ; // 设置输入捕获的通道
    
15.   
    
16.   //不使用过滤器，假设我们想使用，例如上述举例使用0101
    
17.   //我们就给TIM_ICFilter  = 0x05 ,（0000 0101），根据上表可以知道这个值范围(0x00~0x0F)
    
18.   TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;
    
19.   
    
20.   TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕获
    
21.   TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;    //配置输入分频,这里不分频,1次检测到边沿信号就发生捕获
    
22. 
    
23.   /*
    
24.     这里说一下定时器通道可以进行交叉捕获，通道1捕获通道2引脚上的边沿信号，通道2捕获通道1引脚，通道3可以捕获通道4对应引脚，...
    
25.     但是只能相邻一对可以相互捕获，例如通道2不能捕获通道3引脚边沿信号
    
26.     TIM_ICSelection_DirectTI 表示直接捕获，通道1对应通道1引脚，通道2对应通道2引脚
    
27.     TIM_ICSelection_IndirectTI 表示进行交叉捕获
    
28.   */
    
29.   TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射捕获对应通道的引脚
    
30.   TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStructure);                          
    
31.   
    
32. }
    
33. //****************主函数
    
34. int main(){
    
35.   //初始化输入捕获
    
36.   MY_TIM3_Cap_Init(1000,0);
    
37.   
    
38.   while(1){
    
39.     //检测是否捕获到上升沿
    
40.     if(TIM_GetFlagStatus(TIM3,TIM_IT_CC1)){
    
41.       TIM_ClearFlag(TIM3,TIM_IT_CC1);
    
42.       //捕获到上升沿之后的任务...
    
43.       //一般测量高电平脉宽，我们可以先捕获上升沿再捕获下降沿
    
44.       //TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling); 修改为下降沿捕获
    
45.     }
    
46.    
    
47.   }
    
48. }

复制代码

#6.定时器中断

1.谈及到中断,我们就必须涉及到NVIC,具体关于NVIC请参考我的另外一篇,这里是直接使用,我们使能定时器3中断并且配置完抢占优先级和响应优先级之后,再在主函数中使能其更新中断和输入捕获中断

1. //使能更新中断和输入捕获通道1的中断
   
2. TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);

复制代码

2.我们使用中断的一个主要目的就是能够及时处理信息,不用在主函数的while循环里面等待

1. //定时器3的中断处理函数
   
2. void TIM3_IRQHandler(void){
   
3.   
   
4.   //1.判断是什么中断
   
5.   
   
6.   // 1.1定时器更新中断
   
7.   if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)){
   
8.     //...处理定时器更新之后任务
   
9.   }
   
10.   // 1.2如果是定时器 通道1的捕获中断
    
11.   else if( TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_CC1) ){
    
12.       //处理输入捕获之后的任务
    
13.       //TIM_OC1PolarityConfig(TIM3,TIM_ICPolarity_Falling);更改为下降沿捕获
    
14.   }
    
15.   
    
16.   //2.最后将中断标志位都清理掉
    
17.   TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1);
    
18. }

复制代码

文章出处： 智能车杂谈