【STM32】通用定时器的基本原理（实例：定时器中断）

《STM32中文参考手册V10》-第14章通用定时器

 

STM32的定时器

STM32F103ZET6一共有8个定时器，其中分别为：

高级定时器（TIM1、TIM8）；通用定时器（TIM2、TIM3、TIM4、TIM5）；基本定时器（TIM6、TIM7）。

他们之间的区别情况见下表：

STM32定时器的区别

定时器种类	位数	计数器模式	发出DMA请求	捕获/比较通道个数	互补输出	特殊应用场景
高级定时器	16	向上、向下、向上/下	可以	4	有	带死区控制盒紧急刹车，可应用于PW <p>M电机控制</p> </td> </tr><tr><td>通用定时器</td> <td>16</td> <td>向上、向下、向上/下</td> <td>可以</td> <td>4</td> <td>无</td> <td> <p>通用。定时计数，PWM输出，输入捕获</p> <p>，输出比较</p> </td> </tr><tr><td>基本定时器</td> <td>16</td> <td>向上、向下、向上/下</td> <td>可以</td> <td>0</td> <td>无</td> <td>主要应用于驱动DAC</td> </tr></tbody></table></div><p>&nbsp;</p>

STM32的通用定时器

 

通用定时器功能特点描述

STM32的通用定时器是由一个可编程预分频器（PSC）驱动的16位自动重装载计数器（CNT）构成，可用于测量输入脉冲长度（输入捕获）或者产生输出波形（输出比较和PWM）等。

STM3 的通用TIMx（TIM2、TIM3、TIM4 和 TIM5）定时器功能特点包括：

• 位于低速的APB1总线上（注意：高级定时器是在高速的APB2总线上）；
• 16位向上、向下、向上/向下（中心对齐）计数模式，自动装载计数器（TIMx_CNT）；
• 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），这些通道可以用来作为：

1. 输入捕获
2. 输出比较
3. PWM生成（边缘或中间对齐模式）
4. 单脉冲模式输出 

• 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。
• 如下事件发生时产生中断/DMA（6个独立的IRQ/DMA请求生成器）： 

1. 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) 
2. 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）
3. 输入捕获 
4. 输出比较 
5. 支持针对定位的增量（正交）编码器和霍尔传感器电路 
6. 触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理

STM32 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。STM32 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。

计数器模式

通用定时器可以向上计数、向下计数、向上向下双向计数模式。

• 向上计数模式：计数器从0计数到自动加载值（TIMx_ARR），然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。
• 向下计数模式：计数器从自动装入的值（TIMx_ARR）开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始，并产生一个计数器向下溢出事件。
• *对齐模式（向上/向下计数）：计数器从0开始计数到自动装入的值-1，产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到1并且产生一个计数器溢出事件；然后再从0开始重新计数。

简单地理解三种计数模式，可以通过下面的图形：

 

通用定时器工作流程

对于这个定时器框图，分成四部分来讲：最顶上的一部分（计数时钟的选择）、中间部分（时基单元）、左下部分（输入捕获）、右下部分（PWM输出）。这里主要介绍一下前两个，后两者的内容会在后面的文章中讲解到。

计数时钟的选择

计数器时钟可由下列时钟源提供：

• 内部时钟（TIMx_CLK） 
• 外部时钟模式1：外部捕捉比较引脚（TIx）
• 外部时钟模式2：外部引脚输入（TIMx_ETR）
• 内部触发输入（ITRx）：使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器，如可以配置一个定时器Timer1而作为另一个定时器Timer2的预分频器。

内部时钟源

从图中可以看出：由AHB时钟经过APB1预分频系数转至APB1时钟，再通过某个规定转至TIMxCLK时钟（即内部时钟CK_INT、CK_PSC）。最终经过PSC预分频系数转至CK_CNT。

那么APB1时钟怎么转至TIMxCLK时钟呢？除非APB1的分频系数是1，否则通用定时器的时钟等于APB1时钟的2倍。

例如：默认调用SystemInit函数情况下：SYSCLK=72M、AHB时钟=72M、APB1时钟=36M，所以APB1的分频系数=AHB/APB1时钟=2。所以，通用定时器时钟CK_INT=2*36M=72M。最终经过PSC预分频系数转至CK_CNT。

时基单元

时基单元包含：计数器寄存器（TIMx_CNT）、预分频器寄存器（TIMx_PSC）、自动装载寄存器（TIMx_ARR）三部分。

对不同的预分频系数，计数器的时序图为：

计数模式

此时，再来结合时钟的时序图和时基单元，分析一下各个计数模式：

向上计数模式

向下计数模式

*对齐模式

 

通用定时器相关配置寄存器

计数器当前值寄存器（TIMx_CNT）

作用：存放计数器的当前值。

预分频寄存器（TIMx_PSC）

作用：对CK_PSC进行预分频。此时需要注意：CK_CNT计算的时候，预分频系数要+1。

自动重装载寄存器（TIMx_ARR）

作用：包含将要被传送至实际的自动重装载寄存器的数值。

注意：该寄存器在物理上实际上对应着2个寄存器。一个是我们直接操作的，另一个是我们看不到的，这个看不到的寄存器叫做影子寄存器。实际上真正起作用的是影子寄存器。根据TIMx_CR1位的APRE位的设置，APRE=0时，预装载寄存器的内容就可以随时传送到影子寄存器，此时两者是互通的；APRE=1时，在每一次更新事件时，才将预装在寄存器的内容传送至影子寄存器。

控制寄存器（TIMx_CR1）

作用：对计数器的计数方式、使能位等进行设置。

这里有ARPE位：自动重装载预装载允许位。ARPE=0时，TIMx_ARR寄存器没有缓冲；ARPE=1时，TIMx_ARR寄存器被装入缓冲器。

DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER）

作用：对DMA/中断使能进行配置。

 

通用定时器超时时间

超出（溢出）时间计算：

Tout=（ARR+1)(PSC+1)/TIMxCLK

其中：Tout的单位为us，TIMxCLK的单位为MHz。

这里需要注意的是：PSC预分频系数需要加1，同时自动重加载值也需要加1。

• 为什么自动重加载值需要加1，因为从ARR到0之间的数字是ARR+1个；
• 为什么预分频系数需要加1，因为为了避免预分频系数不设置的时候取0的情况，使之从1开始。

这里需要和之前的预分频进行区分：由于通用定时器的预分频系数为1～65535之间的任意数值，为了从1开始，所以当预分频系数寄存器为0的时候，代表的预分频系数为1。而之前的那些预分频系数都是固定的几个值，比如1、4、8、16、32、64等等，而且可能0x000代表1，0x001代表4，0x010代表8等等。也就是说，一边是随意的定义（要从1开始），另一边是宏定义了某些值（只有特定的一些值）。

比如，想要设置超出时间为500ms，并配置中断，TIMxCLK按照系统默认初始化来（即72MHz），PSC取7199，由此可以计算出ARR为4999。

也就是说，在内部时钟TIMxCLK为72MHz，预分频系数为7199的时候，从4999递减至0的事件是500ms。

 

通用定时器相关配置库函数

• 1个初始化函数

void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);

作用：用于对预分频系数、计数方式、自动重装载计数值、时钟分频因子等参数的设置。

• 2个使能函数

void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);




void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState);

作用：前者使能定时器，后者使能定时器中断。

• 4个状态标志位获取函数

FlagStatus TIM_GetFlagStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_FLAG);




void TIM_ClearFlag(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_FLAG);



ITStatus TIM_GetITStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);




void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);

作用：前两者获取（或清除）状态标志位，后两者为获取（或清除）中断状态标志位。

 

定时器中断的一般步骤

实例要求：通过TIM3的中断来控制DS1的亮灭，DS1是直接连接在PE5上的。

• 使能定时器时钟。调用函数：RCC_APB1PeriphClockCmd()；
• 初始化定时器，配置ARR、PSC。调用函数：TIM_TimeBaseInit()；
• 开启定时器中断，配置NVIC。调用函数：void TIM_ITConfig()；NVIC_Init()；
• 使能定时器。调用函数：TIM_Cmd()；
• 编写中断服务函数。调用函数：TIMx_IRQHandler()。

下面按照这个一般步骤来进行一个简单的定时器中断程序：

//通用定时器3中断初始化



//这里时钟选择为APB1的2倍，而APB1为36M



//arr：自动重装值。



//psc：时钟预分频数



//这里使用的是定时器3!




void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)



{



    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;



	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;



 



	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能




	



	//定时器TIM3初始化




	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值	




	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值




	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim




	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式




	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化TIMx的时间基数单位




 



	TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中断,允许更新中断




 



	//中断优先级NVIC设置




	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;  //TIM3中断




	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //先占优先级0级




	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //从优先级3级




	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能




	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //初始化NVIC寄存器




 



 



	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx					 




}



//定时器3中断服务程序




void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中断




{



	if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否




		{



		TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志 




		LED1=!LED1;



		}



}

 int main(void)



 {		



 



	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  




	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级




 	LED_Init();			     //LED端口初始化




	TIM3_Int_Init(4999,7199);//10Khz的计数频率，计数到5000为500ms  




   	while(1)



	{



		LED0=!LED0;



		delay_ms(200);		   



	}	 



 



 



}	 

定时器中断的程序和串口中断的程序非常类似，可以将两者结合起来进行比对着学习【STM32】串口相关配置寄存器、库函数（UART一般步骤） 。

同时强调一下，在中断处理函数内，需要判断中断来源和及时清除中断标志位。