【经验分享】STM32H7的LPTIM低功耗定时器应用之超时唤醒

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STMCU小助手发布时间：2021-10-29 23:53

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文章简介:	使用LPTIM的好处是系统处于睡眠、停机状态依然可以正常工作（除了待机模式）。停机状态可以正常工作的关键是LSE，LSI时钟不会被关闭，同时也可以选择使用外部时钟源。

38.1 初学者重要提示
  学习本章节前，务必优先学习第36章，HAL库的几个常用API均作了讲解和举例。
  使用LPTIM的好处是系统处于睡眠、停机状态依然可以正常工作（除了待机模式）。停机状态可以正常工作的关键是LSE，LSI时钟不会被关闭，同时也可以选择使用外部时钟源。
  LPTIM的任何中断都可以唤醒停机模式。
  STM32H7从停机模式唤醒后要重新配置系统时钟，这点跟F1，F4系列一样。
  测试发现STM32H7的LPTIM1的中断可以唤醒停机模式，其它几个LPTIM2-5无法唤醒。
38.2 低功耗定时器超时唤醒驱动设计
低功耗定时器超时唤醒驱动设计中有几个要注意的事项，下面逐一为大家做个说明。

38.2.1 低功耗定时器时钟选择
由前面的第36章节，我们知道LPTIM1的时钟可以由LSE，LSI，APB或者外部输入时钟提供。使用LSE，LSI或者外部输入的好处是停机状态下，LPTIM1也可以正常工作。

  V7开发板使用的LSE晶振是32768Hz。
  STM32H743的LSI频率约32KHz。
  LPTIM1 – LPTIM5的频率都是100MHz。

System Clock source = PLL (HSE)
SYSCLK(Hz) = 400000000 (CPU Clock)
HCLK(Hz) = 200000000 (AXI and AHBs Clock)
AHB Prescaler = 2
D1 APB3 Prescaler = 2 (APB3 Clock 100MHz)
D2 APB1 Prescaler = 2 (APB1 Clock 100MHz)
D2 APB2 Prescaler = 2 (APB2 Clock 100MHz)
D3 APB4 Prescaler = 2 (APB4 Clock 100MHz)
因为APB1 prescaler != 1, 所以 APB1上的TIMxCLK = APB1 x 2 = 200MHz; 不含这个总线下的LPTIM1
因为APB2 prescaler != 1, 所以 APB2上的TIMxCLK = APB2 x 2 = 200MHz;
APB4上面的TIMxCLK没有分频，所以就是100MHz;
APB1 定时器有 TIM2, TIM3 ,TIM4, TIM5, TIM6, TIM7, TIM12, TIM13, TIM14，LPTIM1
APB2 定时器有 TIM1, TIM8 , TIM15, TIM16，TIM17
APB4 定时器有 LPTIM2，LPTIM3，LPTIM4，LPTIM5

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下面为大家讲解下使用LSE，LSI或者APB时钟的配置方法。

选择LSE的配置如下：

#define LPTIM_CLOCK_SOURCE_LSE /* LSE 时钟32768Hz */
RCC_PeriphCLKInitTypeDef RCC_PeriphCLKInitStruct = {0};
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSE;
RCC_OscInitStruct.LSEState = RCC_LSE_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct)!= HAL_OK)
{
Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
RCC_PeriphCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_LPTIM1;
RCC_PeriphCLKInitStruct.Lptim1ClockSelection = RCC_LPTIM1CLKSOURCE_LSE;
HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_PeriphCLKInitStruct);

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特别注意程序中置红的地方，这几个地方很容易配置错。配置后LPTIM1就会将LSE作为系统时钟。

选择LSI的配置如下：

//#define LPTIM_CLOCK_SOURCE_LSI /* LSI 时钟约32KHz */
RCC_PeriphCLKInitTypeDef RCC_PeriphCLKInitStruct = {0};
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSI;
RCC_OscInitStruct.LSIState = RCC_LSI_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct)!= HAL_OK)
{
Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
RCC_PeriphCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_LPTIM1;
RCC_PeriphCLKInitStruct.Lptim1ClockSelection = RCC_LPTIM1CLKSOURCE_LSI;
HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_PeriphCLKInitStruct);

复制代码

使用LSI作为LPTIM1的系统是要注意两点：

1、LSI的实现有一定的误差，具体范围在数据手册有给出，由于不支持温补，温度对其也是有影响的。

aHR0cHM6Ly9pbWcyMDE4LmNuYmxvZ3MuY29tL2NvbW1vbi8xMzc5MTA3LzIwMjAwMS8xMzc5MTA3LTIw.png

2、特别注意程序中置红的地方，这几个地方很容易跟LSE搞混淆（复制粘贴的时候容易搞错）。

选择APB时钟的配置如下：

RCC_PeriphCLKInitTypeDef RCC_PeriphCLKInitStruct = {0};
RCC_PeriphCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_LPTIM1;
RCC_PeriphCLKInitStruct.Lptim1ClockSelection = RCC_LPTIM1CLKSOURCE_D2PCLK1;
HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_PeriphCLKInitStruct);

复制代码

使用APB作为LPTIM系统时钟注意以下两点：

1、 LPTIM1 – LPTIM5的最高主频都是100MHz。

2、注意参数RCC_LPTIM1CLKSOURCE_D2PCLK1。

LPTIM1使用的RCC_LPTIM1CLKSOURCE_D2PCLK1。

LPTIM2使用的RCC_LPTIM2CLKSOURCE_D3PCLK1。

LPTIM3-LPTIM5使用的RCC_LPTIM345CLKSOURCE_D3PCLK1。

38.2.2 低功耗定时器超时模式配置
下面使用LSE做低功耗定时器的系统时钟，做了8分频，并开启LPTIM1的超时中断。

1. /* 选择LPTIM的时钟源 */
2. #define LPTIM_CLOCK_SOURCE_LSE /* LSE 时钟32768Hz */
3. //#define LPTIM_CLOCK_SOURCE_LSI /* LSI 时钟32768Hz */
4. //#define LPTIM_CLOCK_SOURCE_PCLK /* PCLK 时钟100MHz */
5.
6. LPTIM_HandleTypeDef LptimHandle = {0};
7.
8. /*
9. ******************************************************************************************************
10. * 函数名: bsp_InitLPTIM
11. * 功能说明: 初始化LPTIM
12. * 形参: 无
13. * 返回值: 无
14. ******************************************************************************************************
15. */
16. void bsp_InitLPTIM(void)
17. {
18. RCC_PeriphCLKInitTypeDef RCC_PeriphCLKInitStruct = {0};
19.
20.
21. /* ## - 1 - 使能LPTIM时钟和GPIO时钟 ####################################### */
22. __HAL_RCC_LPTIM1_CLK_ENABLE();
23.
24. /* ## - 2 - 配置LPTIM时钟，可以选择LSE，LSI或者PCLK ######################## */
25. #if defined (LPTIM_CLOCK_SOURCE_LSE)
26. {
27. RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
28.
29. RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSE;
30. RCC_OscInitStruct.LSEState = RCC_LSE_ON;
31. RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
32.
33. if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct)!= HAL_OK)
34. {
35. Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
36. }
37.
38. RCC_PeriphCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_LPTIM1;
39. RCC_PeriphCLKInitStruct.Lptim1ClockSelection = RCC_LPTIM1CLKSOURCE_LSE;
40. HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_PeriphCLKInitStruct);
41. }
42. #elif defined (LPTIM_CLOCK_SOURCE_LSI)
43. {
44. RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
45.
46. RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSI;
47. RCC_OscInitStruct.LSIState = RCC_LSI_ON;
48. RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
49.
50. if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct)!= HAL_OK)
51. {
52. Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
53. }
54.
55. RCC_PeriphCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_LPTIM1;
56. RCC_PeriphCLKInitStruct.Lptim1ClockSelection = RCC_LPTIM1CLKSOURCE_LSI;
57. HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_PeriphCLKInitStruct);
58. }
59. #elif defined (LPTIM_CLOCK_SOURCE_PCLK)
60. RCC_PeriphCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_LPTIM1;
61. RCC_PeriphCLKInitStruct.Lptim1ClockSelection = RCC_LPTIM1CLKSOURCE_LSE;
62. HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_PeriphCLKInitStruct);
63. #else
64. #error Please select the LPTIM Clock source inside the bsp_lptim_pwm.c file
65. #endif
66.
67. /* ## - 3 - 配置LPTIM ######################################################## */
68. LptimHandle.Instance = LPTIM1;
69. /* 对应寄存器CKSEL，选择内部时钟源 */
70. LptimHandle.Init.Clock.Source = LPTIM_CLOCKSOURCE_APBCLOCK_LPOSC;
71. /* 设置LPTIM时钟分频 */
72. LptimHandle.Init.Clock.Prescaler = LPTIM_PRESCALER_DIV8;
73. /* LPTIM计数器对内部时钟源计数 */
74. LptimHandle.Init.CounterSource = LPTIM_COUNTERSOURCE_INTERNAL;
75. /* 软件触发 */
76. LptimHandle.Init.Trigger.Source = LPTIM_TRIGSOURCE_SOFTWARE;
77. /* 超时模式用不到这个配置 */
78. LptimHandle.Init.OutputPolarity = LPTIM_OUTPUTPOLARITY_HIGH;
79. /* 比较寄存器和ARR自动重载寄存器选择更改后立即更新 */
80. LptimHandle.Init.UpdateMode = LPTIM_UPDATE_IMMEDIATE;
81. /* 外部输入1，本配置未使用 */
82. LptimHandle.Init.Input1Source = LPTIM_INPUT1SOURCE_GPIO;
83. /* 外部输入2，本配置未使用 */
84. LptimHandle.Init.Input2Source = LPTIM_INPUT2SOURCE_GPIO;
85.
86. if (HAL_LPTIM_Init(&LptimHandle) != HAL_OK)
87. {
88. Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
89. }
90.
91. /* ## - 4 - 配置LPTIM ######################################################## */
92. /* 配置中断优先级并使能中断 */
93. HAL_NVIC_SetPriority(LPTIM1_IRQn, 1, 0);
94. HAL_NVIC_EnableIRQ(LPTIM1_IRQn);
95. }

复制代码

这里把几个关键的地方阐释下：
  第2行，LPTIM1的系统时钟选项LSE，频率32768Hz。
  第68 – 89行，第36章的3.2小节对这些参数成员有详细描述。
  第76行，低功耗定时器的超时模式使用软件触发或者外部触发均可以正常工作。
  第93 -94行，配置LPTIM1的中断优先级并使能中断。

38.2.3 低功耗定时器超时模式启动
启动低功耗定时器：

1. /*
2. ******************************************************************************************************
3. * 函数名: bsp_StartLPTIM
4. * 功能说明: 启动LPTIM
5. * 形参: 无
6. * 返回值: 无
7. ******************************************************************************************************
8. */
9. void bsp_StartLPTIM(void)
10. {
11. /*
12. ARR是自动重装寄存器，对应函数HAL_LPTIM_TimeOut_Start_IT的第2个参数
13. Compare是比较寄存器，对应函数HAL_LPTIM_TimeOut_Start_IT的第3个参数
14.
15. ---------------------
16. LSE = 32768Hz
17. 分频设置为LPTIM_PRESCALER_DIV8，即8分频（函数bsp_InitLPTIM里面做的初始化配置）
18. ARR自动重载寄存器 = 32768
19. 实际测试发现溢出中断与ARR寄存器无关，全部由第3个参数，Compare寄存器决定
20.
21. LPTIM的计数器计数1次的时间是 1 / (32768 / 8) = 8 /32768。
22. 第三个参数配置的是32767，那么计数到32767就是 (32767 + 1)*（8 /32768） = 8秒，计算的时候要加1。
23. */
24. if (HAL_LPTIM_TimeOut_Start_IT(&LptimHandle, 0, 32767) != HAL_OK)
25. {
26. Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
27. }
28. }

复制代码

这里把几个关键的地方阐释下：

程序里面的注释已经比较详细，特别注意函数HAL_LPTIM_TimeOut_Start_IT的第2个参数在超时模式没有任何作用。主要是通过第3个参数配置超时时间。
函数HAL_LPTIM_TimeOut_Start_IT开启的是比较匹配中断，所以实际的超时时间由Compare寄存器决定。

38.2.4 低功耗定时器中断处理
低功耗定时器中断的实现如下：

1. /*
2. ******************************************************************************************************
3. * 函数名: LPTIM1_IRQHandler
4. * 功能说明: LPTIM1中断服务程序
5. * 形参: 无
6. * 返回值: 无
7. ******************************************************************************************************
8. */
9. void LPTIM1_IRQHandler(void)
10. {
11. if((LPTIM1->ISR & LPTIM_FLAG_CMPM) != RESET)
12. {
13. /* 清除比较匹配中断 */
14. LPTIM1->ICR = LPTIM_FLAG_CMPM;
15.
16. /* 关闭溢出中断 */
17. HAL_LPTIM_TimeOut_Stop_IT(&LptimHandle);
18.
19. bsp_LedToggle(4);
20. }
21. }

复制代码

这里把几个关键的地方阐释下：

  程序中没有使用HAL整理的中断处理函数HAL_LPTIM_IRQHandler，而是直接使用寄存器判断的方式，效果高些。
  第14行，函数HAL_LPTIM_TimeOut_Start_IT开启的是比较匹配中断，所以这里要清除对应的标识。
  第17行，关闭超时中断，下次使用时再开启。
38.2.5 低功耗定时器超时唤醒注意事项
这里再强调下低功耗定时器唤醒的三个注意事项。
  1.LPTIM的任何中断都可以唤醒停机模式。
  2.STM32H7从停机模式唤醒后要重新配置系统时钟，这点跟F1，F4系列一样。
  3.测试发现STM32H7的LPTIM1的中断可以唤醒停机模式，其它几个LPTIM2-5无法唤醒。

38.3 低功耗定时器板级支持包（bsp_lptim_pwm.c）
低功耗定时器驱动文件bsp_lptim_pwm.c供用户调用的两个函数：
  bsp_InitLPTIM
  bsp_StartLPTIM

下面将这两个函数的使用为大家做个说明。

38.3.1 函数bsp_InitLPTIM
函数原型：

void bsp_InitLPTIM(void)

函数描述：

此函数使用LSE做低功耗定时器的系统时钟，做了8分频，并开启LPTIM1的超时中断。

注意事项：

关于此函数的相关注意事项在本章的38.2.2小节有详细说明。
使用举例：

初始化函数在bsp.c文件的bsp_Init函数里面调用。

38.3.2 函数bsp_StartLPTIM
函数原型：

void bsp_StartLPTIM(void)

函数描述：

此函数通过调用函数HAL_LPTIM_TimeOut_Start_IT来启动低功耗定时器的超时模式，并开启了相应中断。

注意事项：

关于此函数的相关注意事项和解读在本章的38.2.3小节有详细说明。
使用举例：

调用此函数前优先调用初始化函数bsp_InitLPTIM即可。

38.4 低功耗定时器驱动移植和使用
低功耗定时器的移植比较简单：

  第1步：复制bsp_lptim_pwm.c和bsp_lptim_pwm.h到自己的工程目录，并添加到工程里面。
  第2步：这几个驱动文件主要用到HAL库的GPIO和LPTIM驱动文件，简单省事些可以添加所有HAL库.C源文件进来。
  第3步，应用方法看本章节配套例子即可。

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