前言

定時(shí)器作為微控制器不可缺少的外設(shè)，在STM32中也是如此。相信不少初學(xué)者學(xué)到定時(shí)器的時(shí)候?qū)TM32的學(xué)習(xí)熱情就大打折扣甚至想要放棄了，因?yàn)檫@一部分知識(shí)確實(shí)比較復(fù)雜。但是，如果你在之前對(duì)GPIO、串口通信、外部中斷的學(xué)習(xí)中把這些外設(shè)掌握了的話，學(xué)習(xí)這個(gè)新知識(shí)并不難。

例本章共計(jì)1萬(wàn)余字，從STM32定時(shí)器的原理、寄存器介紹、定時(shí)器配置以及定時(shí)器的幾個(gè)常用的功能（如定時(shí)器中斷、定時(shí)器輸出比較PWM波形、定時(shí)器輸入捕獲測(cè)電平長(zhǎng)度、定時(shí)器編碼器模式應(yīng)用等）的使用方法來(lái)教大家掌握定時(shí)器這一外設(shè)。

一、定時(shí)器基本介紹

1. STM32定時(shí)器

1、上來(lái)說(shuō)就是用來(lái)定時(shí)的機(jī)器，是存在于STM32單片機(jī)中的一個(gè)外設(shè)。STM32總共有8個(gè)定時(shí)器，分別是2個(gè)高級(jí)定時(shí)器（TIM1、TIM8），4個(gè)通用定時(shí)器（TIM2、TIM3、TIM4、TIM5）和2個(gè)基本定時(shí)器（TIM5、TIM6），如下圖所示：

這三種定時(shí)器的區(qū)別如下：

即：高級(jí)定時(shí)器具有捕獲/比較通道和互補(bǔ)輸出，通用定時(shí)器只有捕獲/比較通道，基本定時(shí)器沒(méi)有以上兩者。

2. 通用定時(shí)器功能和特點(diǎn)

STM32的眾多定時(shí)器中我們使用最多的是高級(jí)定時(shí)器和通用定時(shí)器，而高級(jí)定時(shí)器一般也是用作通用定時(shí)器的功能，下面我們就以通用定時(shí)器為例進(jìn)行講解，其功能和特點(diǎn)包括：

位于低速的APB1總線上(APB1)

16 位向上、向下、向上/向下(中心對(duì)齊)計(jì)數(shù)模式，自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器（TIMx_CNT）。

16 位可編程(可以實(shí)時(shí)修改)預(yù)分頻器(TIMx_PSC)，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的分頻系數(shù) 為 1～65535 之間的任意數(shù)值。

4 個(gè)獨(dú)立通道（TIMx_CH1~4），這些通道可以用來(lái)作為：

① 輸入捕獲 

    ② 輸出比較

    ③ PWM 生成(邊緣或中間對(duì)齊模式) 

    ④ 單脈沖模式輸出

• 可使用外部信號(hào)（TIMx_ETR）控制定時(shí)器和定時(shí)器互連（可以用 1 個(gè)定時(shí)器控制另外一個(gè)定時(shí)器）的同步電路。
• 如下事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生中斷/DMA（6個(gè)獨(dú)立的IRQ/DMA請(qǐng)求生成器）：

  ①更新：計(jì)數(shù)器向上溢出/向下溢出，計(jì)數(shù)器初始化(通過(guò)軟件或者內(nèi)部/外部觸發(fā)) 
  
    ②觸發(fā)事件(計(jì)數(shù)器啟動(dòng)、停止、初始化或者由內(nèi)部/外部觸發(fā)計(jì)數(shù)) 
  
    ③輸入捕獲 
  
    ④輸出比較 
  
    ⑤支持針對(duì)定位的增量(正交)編碼器和霍爾傳感器電路 
  
    ⑥觸發(fā)輸入作為外部時(shí)鐘或者按周期的電流管理
  

STM32 的通用定時(shí)器可以被用于：測(cè)量輸入信號(hào)的脈沖長(zhǎng)度(輸入捕獲)或者產(chǎn)生輸出波形(輸出比較和 PWM)等。

使用定時(shí)器預(yù)分頻器和 RCC 時(shí)鐘控制器預(yù)分頻器，脈沖長(zhǎng)度和波形周期可以在幾個(gè)微秒到幾個(gè)毫秒間調(diào)整。STM32 的每個(gè)通用定時(shí)器都是完全獨(dú)立的，沒(méi)有互相共享的任何資源。

3. 計(jì)數(shù)器模式

通用定時(shí)器可以向上計(jì)數(shù)、向下計(jì)數(shù)、向上向下雙向計(jì)數(shù)模式。

①向上計(jì)數(shù)模式：計(jì)數(shù)器從0計(jì)數(shù)到自動(dòng)加載值(TIMx_ARR)，然后重新從0開(kāi)始計(jì)數(shù)并且產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器溢出事件。

②向下計(jì)數(shù)模式：計(jì)數(shù)器從自動(dòng)裝入的值(TIMx_ARR)開(kāi)始向下計(jì)數(shù)到0，然后從自動(dòng)裝入的值重新開(kāi)始，并產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器向下溢出事件。

③中央對(duì)齊模式（向上/向下計(jì)數(shù)）：計(jì)數(shù)器從0開(kāi)始計(jì)數(shù)到自動(dòng)裝入的值-1，產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器溢出事件，然后向下計(jì)數(shù)到1并且產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器溢出事件；然后再?gòu)?開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。

** 4. 定時(shí)器工作原理**

a.定時(shí)器框圖

下面就是STM32定時(shí)器的工作款圖了，是學(xué)習(xí)STM32定時(shí)器必須要掌握的。很多學(xué)習(xí)者學(xué)會(huì)了通過(guò)庫(kù)函數(shù)來(lái)配置定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的應(yīng)用卻忽略了基本原理，這就對(duì)導(dǎo)致在復(fù)雜應(yīng)用的設(shè)計(jì)上出現(xiàn)低級(jí)的錯(cuò)誤。所以建議讀者認(rèn)真掌握定時(shí)器的工作框圖，明白內(nèi)在的原理。

框圖可以分為四個(gè)大部分（用紅色筆表示出），分別是：①時(shí)鐘產(chǎn)生器部分，②時(shí)基單元部分，③輸入捕獲部分、④輸出比較部分。

b.時(shí)鐘產(chǎn)生器部分

在第一部分時(shí)鐘選擇上，STM32定時(shí)器有四種時(shí)鐘源選擇（圖中藍(lán)色筆標(biāo)識(shí)），分別是：

①內(nèi)部時(shí)鐘(CK_INT)

②外部時(shí)鐘模式：外部觸發(fā)輸入(ETR)

③內(nèi)部觸發(fā)輸入(ITRx)：使用一個(gè)定時(shí)器作為另一個(gè)定時(shí)器的預(yù)分頻器，如可以配置一個(gè)定時(shí)器Timer1而作為另一個(gè)定時(shí)器Timer2的預(yù)分頻器。

④外部時(shí)鐘模式：外部輸入腳(TIx)

這四種情況可由右圖表示：

其中，內(nèi)部觸發(fā)輸入口1~4除了ITR1/ITR2/ITR3/ITR4之外還有一種情況：用一個(gè)定時(shí)器作為另一個(gè)定時(shí)器的分頻器。

外部捕獲比較引腳有兩種，分別是：

引腳1：TI1FP1或TI1F_ED

引腳2：TI2FP2

c.時(shí)基單元

時(shí)基單元就是定時(shí)器框圖的第二部分，它包括三個(gè)寄存器，分別是：計(jì)數(shù)器寄存器（TIMx_CNT)、預(yù)分頻器寄存器（TIMx_PSC)和自動(dòng)裝載寄存器（TIMx_ARR)。對(duì)這三個(gè)寄存器的介紹如下：

計(jì)數(shù)器寄存器（TIMx_CNT)

向上計(jì)數(shù)、向下計(jì)數(shù)或者中心對(duì)齊計(jì)數(shù)；

計(jì)數(shù)器寄存器（TIMx_CNT)

可將時(shí)鐘頻率按1到65535之間的任意值進(jìn)行分頻，可在運(yùn)行時(shí)改變其設(shè)置值；

自動(dòng)裝載寄存器（TIMx_ARR)

如果TIMx_CR1寄存器中的ARPE位為0，ARR寄存器的內(nèi)容將直接寫(xiě)入影子寄存器；如果ARPE為1，ARR寄存器的那日同將在每次的更新時(shí)間UEV發(fā)生時(shí)，傳送到影子寄存器；

如果TIM1_CR1中的UDIS位為0，當(dāng)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出條件時(shí)，產(chǎn)生更新事件。

d.輸入捕獲通道

IC1、2和IC3、4可以分別通過(guò)軟件設(shè)置將其映射到TI1、TI2和TI3、TI4;

4個(gè)16位捕捉比較寄存器可以編程用于存放檢測(cè)到對(duì)應(yīng)的每一次輸入捕捉時(shí)計(jì)數(shù)器的值;

當(dāng)產(chǎn)生一次捕捉，相應(yīng)的CCxIF標(biāo)志位被置1;同時(shí)如果中斷或DMA請(qǐng)求使能，則產(chǎn)生中斷或DMA請(qǐng)求。

如果當(dāng)CCxIF標(biāo)志位已經(jīng)為1，當(dāng)又產(chǎn)生一個(gè)捕捉，則捕捉溢出標(biāo)志位CCxOF將被置1。

v

e.輸出比較通道（PWM）

PWM模式運(yùn)行產(chǎn)生:

定時(shí)器2、3和4可以產(chǎn)生4獨(dú)立的信號(hào)

    頻率和占空比可以進(jìn)行如下設(shè)定:

            一個(gè)自動(dòng)重載寄存器用于設(shè)定PWM的周期;

            每個(gè)PWM通道有一個(gè)捕捉比較寄存器用于設(shè)定占空時(shí)間。

            例如:產(chǎn)生一個(gè)40KHz的PWM信號(hào):在定時(shí)器2的時(shí)鐘為72MHz下，占空比為50% :

                    預(yù)分頻寄存器設(shè)置為0 (計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘為T(mén)IM1CLK/(O+1))，自動(dòng)重載寄存器設(shè)為                         1799，CCRx寄存器設(shè)為899。

兩種可設(shè)置PWM模式:

邊沿對(duì)齊模式

    中心對(duì)齊模式

二、定時(shí)器中斷應(yīng)用

1.內(nèi)部時(shí)鐘選擇

除非APB1的分頻系數(shù)是1，否則通用定時(shí)器的時(shí)鐘等于APB1時(shí)鐘的2倍。

默認(rèn)調(diào)用SystemInit函數(shù)情況下：

SYSCLK=72M

AHB時(shí)鐘=72M

APB1時(shí)鐘=36M

所以APB1的分頻系數(shù)=AHB/APB1時(shí)鐘=2

所以，通用定時(shí)器時(shí)鐘CK_INT=2*36M=72M

2.計(jì)數(shù)器模式

向下計(jì)數(shù)模式：（時(shí)鐘分頻因子=1）

• 向下計(jì)數(shù)模式：（時(shí)鐘分頻因子=1）

中央對(duì)齊計(jì)數(shù)模式：（時(shí)鐘分頻因子=1 ARR=6）

** 3.定時(shí)器中斷實(shí)驗(yàn)相關(guān)寄存器**

• 計(jì)數(shù)器當(dāng)前值寄存器CNT

• 預(yù)分頻寄存器TIMx_PSC

• 自動(dòng)重裝載寄存器（TIMx_ARR)

• 控制寄存器1（TIMx_CR1）

• DMA中斷使能寄存器（TIMx_DIER）