STM32定时器（TIM）经验分享

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STMCU小助手发布时间：2023-3-9 14:18

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文章简介:	STM32定时器（TIM）经验分享

前言
使用的是正点原子的探索者开发板进行学习，芯片：STM32F407ZGTx

学习说明此文档为本人的学习笔记，注重实践，关于理论部分会给出相应的学习链接。

本文参考了《正点原子的寄存器开发指南》、《STM32F4参考手册》

详细介绍的时钟的配置与，定时器时钟如何从时钟树而来的。

理论学习
包括TIM1和TIM8高级控制定时器、TIM2-5和TIM9-14通用定时器、TIM6和TIM7基本定时器。

) d1 W8 B( g3 [3 s" P7 U) H0 B一、定时器中断
      这里使用的是32的通用定时器，通用定时器包含一个 16 位或 32 位自动重载计数器（ CNT），该计数器由可编程预分频器（ PSC ）驱动。 STM32F4 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。 STM32F4 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、时基单元包括：
计数器寄存器 (TIMx_CNT)
预分频器寄存器 (TIMx_PSC)
自动重载寄存器 (TIMx_ARR)

1.2、通用定时器功能
16 位/32 位(仅 TIM2 和 TIM5)向上、向下、向上/向下自动装载计数器（TIMx_CNT），注意：TIM9~TIM14 只支持向上（递增）计数方式。
16 位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx_PSC)，计数器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，TIM9~TIM14 最多 2 个通道），这些通道可以用来作为：
      A．输入捕获
      B．输出比较
      C． PWM 生成 ( 边缘或中间对齐模式 ) ，注意： TIM9~TIM14 不支持中间对齐模式
      D．单脉冲模式输出
4）可使用外部信号（TIMx_ETR）控制定时器和定时器互连（可以用 1 个定时器控制另外一个定时器）的同步电路。
5）如下事件发生时产生中断/DMA（TIM9~TIM14 不支持 DMA）：
      A．更新：计数器向上溢出 / 向下溢出，计数器初始化 ( 通过软件或者内部 / 外部触发 )
      B．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 )
      C．输入捕获
      D．输出比较
      E．支持针对定位的增量 ( 正交 ) 编码器和霍尔传感器电路（ TIM9~TIM14 不支持）
      F．触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理（ TIM9~TIM14 不支持）

1.3、计数器模式
递增计数模式
      在递增计数模式下，计数器从 0 计数到自动重载值（ TIMx_ARR 寄存器的内容），然后重新从 0 开始计数并生成计数器上溢事件。每次发生计数器上溢时会生成更新事件，或将 TIMx_EGR 寄存器中的 UG 位置 1（通过软件或使用从模式控制器）也可以生成更新事件。
      发生更新事件时，将更新所有寄存器且将更新标志（TIMx_SR 寄存器中的 UIF 位）置 1 （取决于 URS 位）：
预分频器的缓冲区中将重新装载预装载值（TIMx_PSC 寄存器的内容）
自动重载影子寄存器将以预装载值进行更新

递减计数模式
在递减计数模式下，计数器从自动重载值（TIMx_ARR 寄存器的内容）开始递减计数到 0 ，然后重新从自动重载值开始计数并生成计数器下溢事件。每次发生计数器下溢时会生成更新事件，或将 TIMx_EGR 寄存器中的 UG 位置 1 （通过软件或使用从模式控制器）也可以生成更新事件
发生更新事件时，将更新所有寄存器且将更新标志（TIMx_SR 寄存器中的 UIF 位）置 1 （取决于 URS 位）：
1.预分频器的缓冲区中将重新装载预装载值（TIMx_PSC 寄存器的内容）。
2.自动重载活动寄存器将以预装载值（ TIMx_ARR 寄存器的内容）进行更新。注意，自动重载寄存器会在计数器重载之前得到更新，因此，下一个计数周期就是我们所希望的新的周期长度。

中心对齐模式（递增 / 递减计数）
在中心对齐模式下，计数器从 0 开始计数到自动重载值（ TIMx_ARR 寄存器的内容） — 1 ，生成计数器上溢事件；然后从自动重载值开始向下计数到 1 并生成计数器下溢事件。之后从 0 开始重新计数。
发生更新事件时，将更新所有寄存器且将更新标志（TIMx_SR 寄存器中的 UIF 位）置 1 （取决于 URS 位）：
1.预分频器的缓冲区中将重新装载预装载值（TIMx_PSC 寄存器的内容）。
2.自动重载活动寄存器将以预装载值（ TIMx_ARR 寄存器的内容）进行更新。注意，如果更新操作是由计数器上溢触发的，则自动重载寄存器在重载计数器之前更新，因此，下一个计数周期就是我们所希望的新的周期长度（计数器被重载新的值）。

1.3 相关寄存器
TIMx_CR1控制寄存器
TIMx_DIER中断/DMA使能寄存器
TIMx_PSC预分频器
TIMx_CNT 计数器(存储计数值)
TIMx_ARR自动重装载寄存器

7 ~9 |- T& |# n( s ^) S5 g( ~二、定时器PWM输出
2.1、PWM输入模式
此模式是输入捕获模式的一个特例。其实现步骤与输入捕获模式基本相同，仅存在以下不同
之处：
两个 ICx 信号被映射至同一个 TIx 输入。
这两个 ICx 信号在边沿处有效，但极性相反。
选择两个 TIxFP 信号之一作为触发输入，并将从模式控制器配置为复位模式。

2.2、定时器PWM输出
脉冲宽度调制(PWM) ，是英文“ Pulse Width Modulation ”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。简单一点，就是对脉冲宽度的控制。

上图定时器工作在向上计数 PWM模式，当 CNT<CCRx 时，输出 0 ，当 CNT>=CCRx 时输出 1 。
STM32F4 的定时器除了 TIM6 和 7。其他的定时器都可以用来产生 PWM 输出。其中高级定时器 TIM1 和 TIM8 可以同时产生多达 7 路的 PWM 输出。而通用定时器也能同时产生多达 4路的 PWM 输出！这里我们仅使用 TIM14 的 CH1 产生一路 PWM 输出。

二、15【FPGA】呼吸灯实现_追逐者-桥的博客-CSDN博客_fpga 呼吸灯
      脉冲宽度调制模式可以生成一个信号，该信号频率由 TIMx_ARR 寄存器值决定，其占空比则由 TIMx_CCRx 寄存器值决定。
      在 PWM 模式（ 1 或 2 ）下， TIMx_CNT 始终与 TIMx_CCRx 进行比较，以确定是TIMx_CCRx  TIMx_CNT 还是 TIMx_CNT  TIMx_CCRx（取决于计数器计数方向）。不过，为了与 ETRF 相符（在下一个 PWM 周期之前， ETR 信号上的一个外部事件能够清除OCxREF ）， OCREF 信号仅在以下情况下变为有效状态：
比较结果发生改变，或输出比较模式（TIMx_CCMRx 寄存器中的 OCxM 位）从“冻结”配置（不进行比较， OCxM=“000”）切换为任一 PWM 模式（OCxM=“110”或“111”）。
定时器运行期间，可以通过软件强制 PWM 输出。根据 TIMx_CR1 寄存器中的 CMS 位状态，定时器能够产生边沿对齐模式或中心对齐模式的PWM 信号。

2.3、PWM输出相关寄存器
除了使用到了定时器中断的那几个寄存器外还用到了以下寄存器
TIMx_CCMR1/2捕获 / 比较模式寄存器
TIMx_CCER捕获 / 比较使能寄存器
TIMx_CCR1~4捕获 / 比较寄存器

三、定时器输入捕获
3.1、简介
      输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。我们以测量脉宽为例，用一个简图来说明输入捕获的原理，如图 15.1.1 所示：

      就是输入捕获测量高电平脉宽的原理，假定定时器工作在向上计数模式，图中 t1~t2 时间，就是我们需要测量的高电平时间。测量方法如下：首先设置定时器通道 x 为上升沿捕获，这样，t1 时刻，就会捕获到当前的 CNT 值，然后立即清零 CNT，并设置通道 x为下降沿捕获，这样到 t2 时刻，又会发生捕获事件，得到此时的 CNT 值，记为 CCRx2。这样，根据定时器的计数频率，我们就可以算出 t1~t2 的时间，从而得到高电平脉宽。
      在 t1~t2 之间，可能产生 N 次定时器溢出，这就要求我们对定时器溢出，做处理，防止高电平太长，导致数据不准确。如图15.1.1所示，t1~t2之间，CNT计数的次数等于：N*ARR+CCRx2，有了这个计数次数，再乘以 CNT 的计数周期，即可得到 t2-t1 的时间长度，即高电平持续时间。
      STM32F4 的定时器，除了 TIM6 和 TIM7，其他定时器都有输入捕获功能。

3.2、寄存器配置
      在输入捕获模式下，当相应的 ICx 信号检测到跳变沿后，将使用捕获 / 比较寄存器(TIMx_CCRx) 来锁存计数器的值。发生捕获事件时，会将相应的 CCXIF 标志（ TIMx_SR 寄存器）置 1 ，并可发送中断或 DMA 请求（如果已使能）。如果发生捕获事件时 CCxIF 标志已处于高位，则会将重复捕获标志 CCxOF （ TIMx_SR 寄存器）置 1 。可通过软件向 CCxIF 写入 0 来给CCxIF 清零，或读取存储在 TIMx_CCRx 寄存器中的已捕获数据。向 CCxOF 写入 0 后会将其清零。
      以下示例说明了如何在 TI1 输入出现上升沿时将计数器的值捕获到 TIMx_CCR1 中。具体操作步骤如下：
1.选择有效输入： TIMx_CCR1 必须连接到 TI1 输入，因此向 TIMx_CCMR1 寄存器中的CC1S 位写入 01 。只要 CC1S 不等于 00 ，就会将通道配置为输入模式，并且 TIMx_CCR1寄存器将处于只读状态。
2.根据连接到定时器的信号，对所需的输入滤波时间进行编程（如果输入为 TIx 输入之一，则对 TIMx_CCMRx 寄存器中的 ICxF 位进行编程）。假设信号变化时，输入信号最多在 5 个内部时钟周期内发生抖动。因此，我们必须将滤波时间设置为大于 5 个内部时钟周期。在检测到 8 个具有新电平的连续采样（以 f DTS 频率采样）后，可以确认 TI1上的跳变沿。然后向 TIMx_CCMR1 寄存器中的 IC1F 位写入 0011。
3.通过向 TIMx_CCER 寄存器中的 CC1P 位和 CC1NP 位写入 0 ，选择 TI1 通道的有效转换边沿（本例中为上升沿）。
4.对输入预分频器进行编程。在本例中，我们希望每次有效转换时都执行捕获操作，因此需要禁止预分频器（向 TIMx_CCMR1 寄存器中的 IC1PS 位写入 00 ）。
5.通过将 TIMx_CCER 寄存器中的 CC1E 位置 1 ，允许将计数器的值捕获到捕获寄存器中。
6.如果需要，可通过将 TIMx_DIER 寄存器中的 CC1IE 位置 1 来使能相关中断请求，并且 /或者通过将该寄存器中的 CC1DE 位置 1 来使能 DMA 请求。

3.3、发生输入捕获时：
发生有效跳变沿时， TIMx_CCR1 寄存器会获取计数器的值。
将 CC1IF 标志置 1 （中断标志）。如果至少发生了两次连续捕获，但 CC1IF 标志未被清零，这样 CC1OF 捕获溢出标志会被置 1 。
根据 CC1IE 位生成中断。
根据 CC1DE 位生成 DMA 请求。
      要处理重复捕获，建议在读出捕获溢出标志之前读取数据。这样可避免丢失在读取捕获溢出标志之后与读取数据之前可能出现的重复捕获信息。
注意：通过软件将 TIMx_EGR 寄存器中的相应 CCxG 位置 1 可生成 IC 中断和/或 DMA 请求。
需要用到的寄存器有： TIMx_ARR 、 TIMx_PSC、 TIMx_CCMR1 、 TIMx_CCER 、 TIMx_DIER 、 TIMx_CR1 、 TIMx_CCR1

实战演练
一、定时器中断配置步骤
1.1、TIM3 时钟设置与使能

//设置时钟频率：HSE=8M M=8 N=336 P=2 Q=7
5 l- O* f7 Z/ B/ s/ I! B. B1 f
//PLL=HSE/M=1M PLLCLK=PLL*N/P=168M USB=PLL*N/Q=48M
+ `& V5 f1 f4 R
Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);

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RCC_CFGR RCC时钟配置寄存器

想CFGR[12:10]位写5，即4分频，因此APB1=PLLCLK/4=42M

RCC->CFGR|=(0<<4)|(5<<10)|(4<<13);

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TIM3 时钟使能
TIM3挂载在APB1时钟总线上，
TIM3由于在配置APB1的时候使用了4分频，所以定时器进行了2倍频，为84MHz。

RCC->APB1ENR |= 1<<1;

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1.2、设置 TIM3_ARR 和 TIM3_PSC的值
时间计算公式：Tout = ( (arr+1) * (psc+1) ) / Tclk；
Tclk：TIM3 的输入时钟频率（单位为 Mhz）
Tout：TIM3 溢出时间（单位为 us）

TIM3->ARR=arr; //设置TIM3的自动装载值3 z! R0 u, t3 e! ~0 x3 v6 I8 W
TIM3->PSC=psc; //预分频器设置

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1.3、设置 TIM3_DIER 允许更新中断

TIM3->DIER|=1<<0;

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1.4、允许 TIM3 工作（TIM3_CR1）

TIM3->CR1|=0x01;

复制代码

使能定时计数器器，且为递增计数

1.5、TIM3 中断分组与中断服务函数设置
中断分组，TIM3优先级配置

MY_NVIC_Init(1,3,TIM3_IRQn,2);

复制代码

编写中断服务函数
TIMX-SR状态寄存器：

void TIM3_IRQHandler(void)
) E& ^; ?; Y: C% U4 l9 ?
{ 2 u) `" B" {" \6 l
if(TIM3->SR&0X0001) //中断发生,最低位由硬件置1- f( o* a$ y3 _
{
m& s1 Q7 j5 P2 d8 i. p5 T
LED1=!LED1;
/ J/ {" B5 P4 K# C
} + W& N6 L3 E5 q
TIM3->SR&=~(1<<0); //必须将最低位软件置0，等待下次中断的到来
" g/ ?$ H. D# M6 T' P' ~
}

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1.6、主函数的编写
TIM(定时器)=84MHz psc(分频系数)=8400 arr(重装在值)=5000

定时器计数频率 = 84MHz / 8400 =10KHz

Tout = 5000 / 10KHz = 0.5s

int main(void)! I) d3 g$ m1 r& V& t# K0 g! Z* F
{ z# }: \0 M, X8 ~5 i7 J+ h
Stm32_Clock_Init(336,8,2,7); //pll=1M pllclk=168M 2 c5 w( O+ C6 K! C, R6 S/ k0 o0 j
delay_init(168); : ~8 r: R0 i+ B/ N3 i% S+ y
LED_Init();
- z. c5 g* O. L" r3 [
TIM3_Int_Init(5000-1,8400-1); //arr psc" y C1 ^4 H) c0 U) U \/ W
while(1)
( F2 a+ ^2 X( p/ B' h
{+ G7 ^" O8 K+ E: [
LED0=!LED0;
$ G0 f3 ]" |+ V6 I
delay_ms(200);
. S- v; m4 `; T, @4 g9 ~
};6 I; W. @% }4 }7 W$ s+ n
}

复制代码

二、定时器PWM输出配置步骤
2.1、配置TIM14的输出端口
TIM14这里我们还要配置 PF9 为复用（ AF9 ）输出，才可以实现 TIM14_CH1的 PWM 经过 PF9 输出。

RCC->APB1ENR|=1<<8; //使能TIM13定时器的时钟4 N6 f' z: F; Q! k$ Z" k( f# n
RCC->AHB1ENR|=1<<5; //使能端口FA9的端口时钟7 J0 V: G) E. y
GPIO_Set(GPIOF,PIN9,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_100M,GPIO_PUPD_PU);( }4 H+ v; e) @2 _' h
GPIO_AF_Set(GPIOF,9,9); //PF9,AF9

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2.2、设置 TIM14 的 ARR 和 PSC

TIM14->ARR=arr; //重装载值- i1 L3 n. B0 x) l) F) {& ]; ^" v
TIM14->PSC=psc; //分频系数

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2.3、TIM14-CH1设置为PWM输出模式
TIM14-CCMR1捕获比较寄存器1相关位描述

TIMx_CCER捕获/比较使能寄存器相关位描述

TIM14->CCMR1|=6<<4; //打开TIM14的CH1
4 c5 k; h( b2 u& y
TIM14->CCMR1|=1<<3; //使能与 TIM14_CCR1 相关的预装载寄存器% v7 j( I6 H, Z }
TIM14->CCER|=1<<0; //下降沿触发，低电平有效
' G+ F: J6 e9 R9 x7 W
TIM14->CCER|=1<<1; //使能CH1输出

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2.4、TIMx_CR1控制寄存器 1，使能 TIM14
TIMx_CR1控制寄存器 1的相应位配置

TIM14->CR1|=1<<7; //自动装载进行缓存
3 R5 e1 p2 w9 K
TIM14->CR1|=1<<0; //定时计数器使能

复制代码

2.5、主函数的编写和占空比控制
TIMx_CCR1捕获 / 比较寄存器 1相应位配置

#define LED0_PWM_VAL TIM14->CCR1

复制代码

int main(void). `0 T; m8 g: m7 m7 |/ U
{
2 h" ?: e6 v: m2 m5 o0 v8 {
u16 led0pwmval=0; //TIM14-CCR1的值，及占空比的计数值 j. {! I' V6 ~1 k2 f
u8 dir=1;/ j% p* f3 w4 H* T* R+ k) y
Stm32_Clock_Init(336,8,2,7); ) Q3 V2 [; N% k; t: D
delay_init(168); , v# ^9 y+ w+ D6 ]: O$ ]9 |* \
TIM14_PWM_Init(500-1,84-1); //1MHz的计数频率，PWM频率2KHz, T=0.5ms
]0 r( Y( V9 o& o' E' A; p
while(1)
# F% O4 L) V n! D Y1 \# D
{
* u/ v: u9 ~+ V) S
delay_ms(10); //10ms重载一次占空比,20次PWM的输出 t8 M9 w) X" B# ^# C; v2 r* f
if(dir)led0pwmval++; //占空比增加3 v9 c$ s0 }+ e3 U* a: z& n' o
else led0pwmval--; //占空比减小 x8 w4 ]3 v. s8 X. g
if(led0pwmval>300)dir=0;
$ U- m* @0 U0 [" S5 j
if(led0pwmval==0)dir=1; 3 H; |' d9 |% l! w8 u, q L
LED0_PWM_VAL=led0pwmval; //重新装载占空比值4 _3 Z) @. n% R# F! K
}& [6 [5 ~2 S5 R$ B; f: h
}

复制代码

三、定时器输入捕获配置步骤
3.1、配置TIM5输入端口
捕获TIM5_CH1 上面的高电平脉宽，所以先配置 PA0 为带下拉的复用功能，PA0 的复用功能为 AF2。

RCC->APB1ENR|=1<<3;
4 t$ Y K1 ~: @- _, m
RCC->AHB1ENR|=1<<0; ; [2 {4 r* z+ u2 f& z; @; d
GPIO_Set(GPIOA,PIN0,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_100M,GPIO_PUPD_PD);
: C7 q$ j' e. K3 e6 J0 S- r+ Q
GPIO_AF_Set(GPIOA,0,2); //PA0,AF2 (TIM5-CH1)

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3.2、设置 TIM5 的 ARR 和 PSC
计数分频系数与计数器数设置，在定时器中断有相关描述