STM32通用定时器使用详解

2023-11-19

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：
定时器部分时钟树
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2_{7**，**所以定时器2}7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

/*
	* 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
	* 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.
		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
	* 定时器计数的值被重装载一次被就是一个更新(Update)
	* 计算Update时间公式
	Tout = ((arr+1)*(psc+1))/Tclk
	公式推导详解:
		Tclk是定时器时钟源,在这里就是72Mhz 
		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
		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
		然后我们从0记到arr 就是 (arr+1)*(psc+1)/Tclk
	举例:比如我们设置arr=7199,psc=9999
	我们将72MHz (1M等于10的6次方) 分成了(9999+1)等于 7200Hz
	就是一秒钟记录9000数,每记录一个数就是1/7200秒
	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
*/
//简单进行定时器初始化,设置 预装载值 和 分频系数
void MY_TIM3_Init(u16 arr,u16 psc){
	
	//初始化结构体
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
	
	//1.分配时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
	
	//2.初始化定时器相关配置
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc;
	
	/*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
		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*/
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数
	TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);
	
	//3.打开定时器
	TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
}

/****************** 主函数 ********************/
//在主函数中我们可以调用初始化
int main(){
	//定时器初始化
	MY_TIM3_Init(7199,9999);
	while(1){
		
		//检测更新标志位
		if(TIM_GetFlagStatus(TIM3,TIM_IT_Update)){
			//清除标志位
			TIM_ClearFlag(TIM3,TIM_IT_Update);
			//....(每隔一秒执行任务)
		}
		
	}
}

#4.定时器输出PWM # 4.1基本介绍 **4.1.1** **PWM**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

/**
	定时器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
	TIM3_CH1,TIM3_CH2,TIM3_CH3,TIM3_CH4
	没有重映像的对应情况:
	PA6,PA7,PB0,PB1
	部分重映像:
	PB4,PB5,PB0,PB1
	完全重映像:
	PC6,PC7,PC8,PC9	

	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.
	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!

	我们这里是没有使用重映射功能.
*/
// 宏定义
//判断当前是处于哪一种模式,以便于我们初始化IO口
#define NO_REAMP   0
#define PART_REAMP 1
#define FULL_REAMP 2

// ---> 这里是需要制定的参数

//指定这里的 当前的模式,我们给她默认指定是 没有重映射
#define CURRENT_MODE NO_REAMP 

//*************根据当前模式初始化IO口 函数
void MY_TIM3_GPIO_Init(void){
	
	GPIO_InitTypeDef 	GPIO_InitStructure;
	
	//1.开启AFIO时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
	
	//2. 根据当前的重映像的模式 配置时钟 和 初始化相关引脚
	switch(CURRENT_MODE){
		
		//2.1 如果没有重映射
		case NO_REAMP:{
			
			// 时钟分配
			RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
			// 初始化IO口
			GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
			GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
			GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
			GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
			GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;
			GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
			
			break;
		}
		//2.2 部分重映射
		case PART_REAMP:{
			
			// 时钟分配
			RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
			// 初始化IO口
			GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
			GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
			GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;
			GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
			
			break;
		}
		//2.3 全映射
		case FULL_REAMP:{
			
			// 时钟分配
			RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
			// 初始化IO口
			GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
			GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
			GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9;
			GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
			
			break;
		}
		default:break;
	}	
}

//***************** 定时器PWM输出初始化函数
void MY_TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc){
	
	//初始化结构体
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitstrcuture;
	
	//1.初始化定时器 和 相关的IO口
	MY_TIM3_Init(arr,psc); 
	MY_TIM3_GPIO_Init();
	
	//2.初始化PWM的模式
	
	/**
	选择PWM模式:
		PWM1模式:
			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
		PWM2模式:
			与PWM1模式向上向下计数时完全相反
	*/
	TIM_OCInitstrcuture.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
	TIM_OCInitstrcuture.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitstrcuture.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;   //输出电平为高,也就是有效电平为高
	TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitstrcuture);						//这里是设置利用通道1输出
	
	//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
	
//	TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitstrcuture);
//	TIM_OC3Init(TIM3,&TIM_OCInitstrcuture);
//	TIM_OC4Init(TIM3,&TIM_OCInitstrcuture);

	TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); //使能预装载寄存器
}

//*********************主函数调用
int main(){
	
	//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
	MY_TIM3_PWM_Init(330,0);
	
	//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
	//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
	TIM_SetCompare1(TIM3,100);
	
	while(1);
}

#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

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
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。
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

//定时器输入捕获初始化
void MY_TIM3_Cap_Init(u16 arr,u16 psc){

	//初始化结构体
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
	
	//1.初始化定时器 和 相关的IO口
	MY_TIM3_Init(arr,psc); 

	//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
	MY_TIM3_GPIO_Init();
	
	//2.初始化定时器输入捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1 ; // 设置输入捕获的通道
	
	//不使用过滤器，假设我们想使用，例如上述举例使用0101
	//我们就给TIM_ICFilter  = 0x05 ,（0000 0101），根据上表可以知道这个值范围(0x00~0x0F)
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;
	
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕获
	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

	/*
		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，... 
		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
		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
		TIM_ICSelection_IndirectTI 表示进行交叉捕获
	*/
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射捕获对应通道的引脚
	TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStructure);													
	
}
//****************主函数
int main(){
	//初始化输入捕获
	MY_TIM3_Cap_Init(1000,0);
	
	while(1){
		//检测是否捕获到上升沿
		if(TIM_GetFlagStatus(TIM3,TIM_IT_CC1)){
			TIM_ClearFlag(TIM3,TIM_IT_CC1);
			//捕获到上升沿之后的任务...
			//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
			//TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling); 修改为下降沿捕获
		}
		
	}
}

#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

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

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

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

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