STM32之TIM1高级定时器

定时器应用之PWM输出

1.1 TIM1_CH1N 与 TIM1_CH1 的区别
  D5 f6 e) h7 l, u/ [7 `在刚准备使用定时器的时候，我看了下原理图，发现对于定时器1，它的每一个输出通道都是成对的，即TIM1_CH1N与TIM1_CH1两个一组，通过网络查询后，明白了芯片这样设计的原因。
! a& T- ?3 W0 P! y: C% P5 DTIM1是一个完整的电机控制用定时器外设，TIM1_CH1和TIM1_CH1N，用于驱动上下两个功率管。如果Deadtime为0，则 TIM1_CH1N是TIM1_CH1的反相，如果Deadtime不为0，则在TIM1_CH1N上插入了Deadtime，防止上下功率管同时导通。
另外的两类管脚定义：
- }0 f, v1 y* E1 _; H* M0 s6 JTIM1_ETR是外部触发输入管脚；
# Q3 C* e+ R/ W" m9 N0 i( @: m. OTIM1_BKIN是故障信号，用来关闭TIM1的输出。
/ i' d0 t; v+ Z. Q7 ~

1.2 定时器的配置及 PWM 的设置 1.2.1 定时器相关结构体
% d0 Y' c: J# f8 c从固件库里的教程CHM获取到的定时器相关的结构体。

1. TIM_BDTRInitTypeDef
   
2. BDTR structure definition
   ; \  t/ ^* u0 L9 J1 c& a, C3 y- n+ f
3. TIM_ICInitTypeDef
   ( d" s  ?% g& L, q# n( T# y
4. TIM Input Capture Init structure definition
   
5. TIM_OCInitTypeDef
   $ F0 z3 H$ C& e  D. T0 ?' b7 ~: k
6. TIM Output Compare Init structure definition
   3 @3 e& T! J5 X+ _
7. TIM_TimeBaseInitTypeDef
   4 P/ o, \# |# M' z. Z; p2 Q
8. TIM Time Base Init structure definition
   / f5 @2 F: {* k1 T  k  u
9. TIM_TypeDef
   
10. TIM

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其中与PWM输出有关的结构体主要为：
TIM_TimeBaseInitTypeDef：定时器初始化配置结构体
TIM_OCInitTypeDef：定时器输出比较结构体
, H3 \' ?/ F3 B# Z( u4 o  b9 a
1 N) s* `: m/ x# A+ o( r- u8 `8 m! J
4 N+ p8 A( |  O# P, ^* t1.2.2 定时器的三个速度
在刚开始学习定时器的时候，我对定时器的速度、技术速度都很迷糊，通过前面对STM32时钟系统的学习，以及RCC库里面几个函数的学习，总算明白了，定时器的这三个速度。
TIMxCLK（定时器的工作频率）：这个频率是我们在RCC里面配置APB1或APB2总线时的频率。
TIMx Counter Clock（定时器的计数频率）：这个频率是定时器对ARR寄存器内的值进行加数或是减数的速度。
7 Q& [* b! I9 S; I以前在做51单片机编程的时候，这两个频率往往是一致的。所以，刚开始对这两个频率的理解上还是有点疑惑的。
TIMx Running @（定时器的作用频率）：这个频率表示定时器在这一次ARR寄存器开始累加或递减到下一次ARR寄存器重装所用的时间，这个频率可以理解为在以前的51单片机内我们定时器的定时周期。
7 o, p) [4 j0 {对以上三个频率理解清楚后，再对定时器进行初始化的配置就很清晰了。


/ Q3 F9 Q7 v3 ^7 ]) [( n1.2.3 定时器的配置

( j7 }7 P1 h5 Q4 x. i0 \$ O定时器的配置代码     
: R; C! }3 \( |' v+ |2 A$ r4 A

1. // Compute the prescaler value /
   
2.        //TIM3CLK is 72 MHz
   
3.        //TIM3 Counter Clock is 24 MHz
   
4.        //TIM3 is running at 1 KHz
   0 X* t- q" B" H* b: e- W' J9 y! |
5.        PrescalerValue = (unsigned int) (72000000 / 36000000) - 1;
   
6.        PeriodValue = (unsigned int)( 36000000 / 1000 ) - 1;

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三个频率的设置：定时器工作频率为72MHz，定时器计数频率36MHz，定时周期1KHz，通过这三个值，计算PrescalerValue 及PeriodValue的值。为后面的结构体配置做准备。
! r6 X" G! E1 Z1 Y+ V( ^# f关于定时器的工作频率为72MHz，这是我在网上查到的一个小经验，我在DATASHEET中没有找到相关的说明，最后的PWM频率说明这个小经验是正确的。网上提到分给APB1的频率，即提供给TIM3的定时器的工作频率会自动倍频。
  o9 G( C* Z- T% l3 ^, XRCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);//设置APB1时钟

, L5 H  Z1 b5 t# g' s我在前面配置给APB1的时钟是系统时钟二分频，即36MHz，而网上提到的倍频，即提供定时器的工作频率其实还是72MHz，最后证明TIM3工作频率的确是倍频了，对其他的定时器没有验证，我猜测挂载在APB1上的定时器都具有倍频的功能，即同样定时器的工作频率都经过了倍频。
8 g: f; L, Q3 }9 D; t/ J3 X6 j% ^0 k/ B

1. // Time base configuration /
   
2.        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = PeriodValue;
   
3.        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = PrescalerValue;
   
4.        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
   8 F: v, U4 P* a- C7 w" b, h
5.        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
   7 P* |1 p; p; M' M+ o/ b5 g
6.        TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0x0;
   
7.        TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

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TIM_Period及 TIM_Prescaler的值通过前面的计算已经确定。其中TIM_Prescaler是确定定时器技术频率，TIM_Period是确定定时周期的。
8 i* f' {* }# H( `3 n

1. // PWM1 Mode configuration: Channel1 /
   
2.        CCR_Val =  (unsigned int)  (PeriodValue / 2 ) ;
   
3.        TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
   
4.        TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
   ! ~& P& W4 W- ^$ Z7 ^) p
5.        TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR_Val;
   ) i; t( q1 ~0 Y, E  {' f
6.        TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
   
7.        //TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
   
8.        TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);//选择第二个通道输出
   
9.        TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); //选择第二个通道输出

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以上是输出比较结构体的配置，他最后决定了PWM的参数，PWM的频率即前面的定时器定时周期。而占空比是由TIM_Pulse确定的。其中占空比公式为：
- E7 S: q/ ^; M

1. DUTY  =  CCR寄存器的值  /  ARR寄存器的值
   
2. DUTY  =  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse  /  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler-1
   4 g. U/ {4 D4 H: ]1 s
3.        //TIM3->CCER &= 0xEEEF;
   
4.        // TIM3 enable counter
   
5.        TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE);
     i# C3 n2 u# Z% e, M& z( a2 s
6.        TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
   
7.        TIM_CtrlPWMOutputs(TIM3,ENABLE);

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定时器的最后使能配置。至此，有关定时器相关的结构体的配置就结束了。在配置完GPIO后就可以输出PWM波了。实际上，程序流程上是先配置GPIO的，但我在学习PWM时，在GPIO上花费了大量的时间，也对GPIO理解更加深刻了。
( o+ O- C. }( @. v: w# e
, `; W+ I/ Z6 S2 O; e5 F/ ~" ~
STM32的时钟系统
1.1 STM32 时钟系统概述
" i% f8 d: s; ?* D/ n在STM32中，有五个时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。
①、HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz。
②、HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~16MHz。
5 s8 P/ D$ L6 @) q- t" u③、LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为40kHz。
' R" W) @9 y1 i# T8 K④、LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。
⑤、PLL为锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍，但是其输出频率最大不得超过72MHz。
! W% o2 i3 w, t( f. Q其中40kHz的LSI供独立看门狗IWDG使用，另外它还可以被选择为实时时钟RTC的时钟源。另外，实时时钟RTC的时钟源还可以选择LSE，或者是HSE的128分频。RTC的时钟源通过RTCSEL[1:0]来选择。
STM32中有一个全速功能的USB模块，其串行接口引擎需要一个频率为48MHz的时钟源。该时钟源只能从PLL输出端获取，可以选择为1.5分频或者1分频，也就是，当需要使用USB模块时，PLL必须使能，并且时钟频率配置为48MHz或72MHz。
9 l* l8 t0 {8 H) X另外，STM32还可以选择一个时钟信号输出到MCO脚(PA8)上，可以选择为PLL输出的2分频、HSI、HSE、或者系统时钟。
系统时钟SYSCLK，它是供STM32中绝大部分部件工作的时钟源。系统时钟可选择为PLL输出、HSI或者HSE。系统时钟最大频率为72MHz，它通过AHB分频器分频后送给各模块使用，AHB分频器可选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频。其中AHB分频器输出的时钟送给5大模块使用：
①、送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。
②、通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟。
③、直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK。
④、送给APB1分频器。APB1分频器可选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB1外设使用(PCLK1，最大频率36MHz)，另一路送给定时器(Timer)2、3、4倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器2、3、4使用。
; `0 U7 _( q- K⑤、送给APB2分频器。APB2分频器可选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB2外设使用(PCLK2，最大频率72MHz)，另一路送给定时器(Timer)1倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器1使用。另外，APB2分频器还有一路输出供ADC分频器使用，分频后送给ADC模块使用。ADC分频器可选择为2、4、6、8分频。
在以上的时钟输出中，有很多是带使能控制的，例如AHB总线时钟、内核时钟、各种APB1外设、APB2外设等等。当需要使用某模块时，记得一定要先使能对应的时钟。
( y0 y1 i: y7 J, q0 W( {需要注意的是定时器的倍频器，当APB的分频为1时，它的倍频值为1，否则它的倍频值就为2。
, a3 Y+ d4 u2 |' V& h5 Z连接在APB1(低速外设)上的设备有：电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看门狗、Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模块虽然需要一个单独的48MHz时钟信号，但它应该不是供USB模块工作的时钟，而只是提供给串行接口引擎(SIE)使用的时钟。USB模块工作的时钟应该是由APB1提供的。
& {$ Q/ Q& t; g6 B0 M连接在APB2(高速外设)上的设备有：UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通IO口(PA~PE)、第二功能IO口。
下图是STM32用户手册中的时钟系统结构图，通过该图可以从总体上掌握STM32的时钟系统。
! y7 [7 Z  X) z# Z
7 F# r+ H9 B8 u$ C) h1.2 STM32 时钟的配置
& g: ^7 |+ m! I7 N/ r' w
% H$ D1 W  f; g& w( t8 @1 `以下代码表示使用外部晶振，给整个系统提供振荡源。初始化外部晶振后，通过PLL倍频，再给系统时钟及挂载在AHB、APB1和APB2总线上的外设提供时钟。

1. void RCC_Configuration(void)
   
2. {
   
3. //---------------------------------------------------------------
   7 S3 X8 r* ^6 S) w9 {& K$ h
4.     //-------------------------------使用外部晶振，并等待外部晶振起振
   
5. RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);//配置外部高速晶振
   , q  v2 D( d/ M
6.     RCC_WaitForHSEStartUp();//等待外部高速晶振起振
   
7. //---------------------------------------------------------------
   % l  F  ~: @- E% U& l: k
8.     //----------------------------采用外部高速晶振做PLL源，并配置PLL
   
9.     RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_9); //PLL配置
   2 _4 u# H# F/ e. h( O
10.     RCC_PLLCmd(ENABLE);//PLL使能
    " }. w! L: P9 @8 f4 R% Y
11. //---------------------------------------------------------------
    6 b9 i  m' c1 a, }) F: q" L/ V
12.     //---------------------------------------------------配置总线频率
    
13.     RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);//设置AHB时钟
    / ^0 t. w9 b+ P
14.     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);//设置APB1时钟
    
15.     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);//设置APB2时钟
    ( W) S. F( k+ O
16. //---------------------------------------------------------------
    
17. //-------------------------------------------------系统时钟初始化
    5 F( _  T3 I' E& O+ w2 x
18.     RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);//系统时钟初始化
    9 o) ]/ Y& o; I0 l# V: y2 S! p: m
19. //---------------------------------------------------------------
    # s8 o6 U* N( F# h: {- D
20. //-------------------------------------------总线上外设时钟初始化
    
21.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA
    8 e% a# z+ g: ?2 ~  G
22.                            |RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOC
    " H% L+ t( n" m; a% p. O
23.                            |RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOE
    
24.                            |RCC_APB2Periph_ADC1  | RCC_APB2Periph_AFIO
    
25.                            |RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );
    0 k( f- V+ d$ W0 V; p" }
26.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4 | RCC_APB1Periph_USART2
    
27.                            |RCC_APB1Periph_USART3|RCC_APB1Periph_TIM2                           
    . L6 [+ a, y! S4 T
28.                            , ENABLE );
    / s( H& C# S: B. q. _+ A
29.     RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
    
30. }

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一直想弄明白RCC配置里面到底做了什么，这次通过对这一系列函数的研究，总算明白了，STM32系统的时钟配置，以及到底芯片及外设到底工作在一个什么样的频率上。

6 {; x, U( L' a: w6 H2 C




; P6 A+ P8 ^" \0 L& o& u; S3 D
6 G9 v9 x7 p& G8 G- f# W
+ r. U# n# ]5 x( C$ R2 y' a0 C

感觉漏了很多东西