STM32L475裸机例程学习定时器中断和PWM输出实验

程序员文章站 2022-06-09 08:54:56

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定时器中断和PWM输出实验

所以阿…笔记的重要性哇！之前看过的内容在做后面的内容涉及到了发现没有笔记，看的时间太久远，竟然全部忘记了，真是个悲伤的故事:(

那就重来吧。由于这两个实验都跟TIM定时器关联性很大，就合在一起写了。

Part1 定时器中断实验

三种定时器的区别

STM32L475裸机例程学习定时器中断和PWM输出实验

这部分主要用到通用定时器

STM32F429通用定时器

STM32F429 的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。STM32F429 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。STM32F429 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。

STM32的通用 TIMx (TIM2~TIM5 和 TIM9~TIM14)定时器功能包括：

1)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。

2)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。

3）4 个独立通道（TIMx_CH1_4，TIM9TIM14 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）

黑色加粗部分是实验主要会涉及到的功能。

以下将涉及这几个功能的寄存器进行着重介绍

控制寄存器1（TIMx_CR1）

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在实验中只用到了TIMx_CR1的最低位，也就是计数器使能位，该位必须置1才能让定时器开始计数。

DMA/中断使能寄存器（TIM_DIER）

这里我们同样仅关心它的第 0 位，该位是更新中断允许位，本章用到的是定时器的更新中断，所以该位要设置为 1，来允许由于更新事件所产生的中断。
预分频寄存器（TIMx_PSC）

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该寄存器用设置对时钟进行分频，然后提供给计数器，作为计数器的时钟。

定时器的时钟来源有 4 个：

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1）内部时钟（CK_INT）

2）外部时钟模式 1：外部输入脚（TIx）

3）外部时钟模式 2：外部触发输入（ETR），仅适用于 TIM2、TIM3、TIM4

4）内部触发输入（ITRx）：使用 A 定时器作为 B 定时器的预分频器（A 为 B 提供时钟）。

这些时钟，具体选择哪个可以通过 TIMx_SMCR 寄存器的相关位来设置。这里的 CK_INT 时钟是从 APB1 倍频的来的，除非 APB1 的时钟分频数设置为 1（一般都不会是 1），否则通用定时器 TIMx 的时钟是 APB1 时钟的 2 倍，当 APB1 的时钟不分频的时候，通用定时器 TIMx 的时钟就等于 APB1 的时钟。这里还要注意的就是高级定时器以及 TIM9~TIM11 的时钟不是来自 APB1，而是来自 APB2 的。

TIMx_CNT寄存器

该寄存器是定时器的计数器，该寄存器存储了当前定时器的计数值。
自动重装载寄存器（TIMx_ARR）

该寄存器在物理上实际对应着 2 个寄存器。一个是程序员可以直接操作的，另外一个是程序员看不到的，这个看不到的寄存器在《STM32F4xx 中文参考手册》里面被叫做影子寄存器。事实上真正起作用的是影子寄存器。根据 TIMx_CR1 寄存器中 APRE 位的设置：

**APRE=0 **时，预装载寄存器的内容可以随时传送到影子寄存器，此时 2 者是连通的；而

APRE=1 时，在每一次更新事件（UEV）时，才把预装载寄存器（ARR）的内容传送到影子寄存器。

状态寄存器（TIMx_SR）

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该寄存器用来标记当前与定时器相关的各种事件/中断是否发生。

配置步骤

1）TIM3 时钟使能。

HAL 中定时器使能是通过宏定义标识符来实现对相关寄存器操作的，方法如下：

__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();            //使能 TIM3 时钟

2）初始化定时器参数,设置自动重装值，分频系数，计数方式等。在HAL库中，定时器的初始化参数是通过定时器初始化函数HAL_TIM_Base_Init实现的：

 HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Init(TIM_HandleTypeDef *htim);

该函数只有一个入口参数，就是 TIM_HandleTypeDef 类型结构体指针，结构体类型为下面

我们看看这个结构体的定义：

typedef struct {   
TIM_TypeDef                  *Instance;    
TIM_Base_InitTypeDef         Init;            
HAL_TIM_ActiveChannel   Channel;          
DMA_HandleTypeDef   *hdma[7];                                           
HAL_LockTypeDef              Lock;            
__IO HAL_TIM_StateTypeDef    State;         
}TIM_HandleTypeDef;

第一个参数 Instance 是寄存器基地址。和串口，看门狗等外设一样，一般外设的初始化结构体定义的第一个成员变量都是寄存器基地址。

这在HAL中都定义好了，比如要初始化串口1，那么 Instance 的值设置为 TIM1 即可。

第二个参数 Init 为真正的初始化结构体 TIM_Base_InitTypeDef 类型。该结构体定义如下：

typedef struct {   
    uint32_t Prescaler;    //预分频系数           
    uint32_t CounterMode;   //计数方式   
    uint32_t Period;   //自动装载值 ARR   
    uint32_t ClockDivision; //时钟分频因子      
    uint32_t RepetitionCounter;  
} TIM_Base_InitTypeDef;

该初始化结构体中，

参数 Prescaler 是用来设置分频系数的，刚才上面有讲解。
参数 CounterMode 是用来设置计数方式，可以设置为向上计数，向下计数方式还有*对齐计数方式，比较常用的是向上计数模式 TIM_CounterMode_Up 和向下计数模式 TIM_CounterMode_Down。

计数模式

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。

①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。

②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。

③*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。
参数 Period 是设置自动重载计数周期值。
参数 ClockDivision 是用来设置时钟分频因子，也就是定时器时钟频率 CK_INT 与数字滤波器所使用的采样时钟之间的分频比。
参数 RepetitionCounter 用来设置重复计数器寄存器的值，用在高级定时器中。
第三个参数 Channel 用来设置活跃通道。前面我们讲解过，每个定时器最多有四个通道可以用来做输出比较，输入捕获等功能之用。这里的 Channel 就是用来设置活跃通道的，取值范围为：HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1~ HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_4。
第四个 hdma 是定时器的 DMA 功能时用到，为了简单起见，我们暂时不讲解太复杂。
第五个参数Lock和State，是状态过程标识符，是HAL库用来记录和标志定时器处理过程。

3）使能定时器更新中断，使能定时器

HAL 库中，使能定时器更新中断和使能定时器两个操作可以在函数 HAL_TIM_Base_Start_IT()中一次完成的，该函数声明如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim);

该函数非常好理解，只有一个入口参数。调用该定时器之后，会首先调用__HAL_TIM_ENABLE_IT 宏定义使能更新中断，然后调用宏定义__HAL_TIM_ENABLE 使能相应的定时器。这里我们分别列出单独使能/关闭定时器中断和使能/关闭定时器方法：

__HAL_TIM_ENABLE_IT(htim, TIM_IT_UPDATE);//使能句柄指定的定时器更新中断 
__HAL_TIM_DISABLE_IT (htim, TIM_IT_UPDATE);//关闭句柄指定的定时器更新中断   
__HAL_TIM_ENABLE(htim);//使能句柄 htim 指定的定时器 
__HAL_TIM_DISABLE(htim);//关闭句柄 htim 指定的定时

4）TIM3 中断优先级设置

在定时器中断使能之后，因为要产生中断，必不可少的要设置 NVIC 相关寄存器，设置中断优先级。之前多次讲解到中断优先级的设置，这里就不重复讲解。和串口等其他外设一样，HAL库为定时器初始化定义了回调函数HAL_TIM_Base_MspInit。一般情况下，与 MCU 有关的时钟使能，以及中断优先级配置我们都会放在该回调函数内部。函数声明如下：

void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim);

5）编写中断服务函数。

在最后，还是要编写定时器中断服务函数，通过该函数来处理定时器产生的相关中断。通常情况下，在中断产生后，通过状态寄存器的值来判断此次产生的中断属于什么类型。然后执行相关的操作，我们这里使用的是更新（溢出）中断，所以在状态寄存器 SR 的最低位。在处理完中断之后应该向 TIM3_SR 的最低位写 0，来清除该中断标志。跟串口一样，对于定时器中断，HAL 库同样为我们封装了处理过程。这里我们以定时器 3 的更新中断为例来讲解。

首先，中断服务函数是不变的，定时器 3 的中断服务函数为：

TIM3_IRQHandler();

一般情况下我们是在中断服务函数内部编写中断控制逻辑。但是 HAL 库为我们定义了新的定时器中断共用处理函数 HAL_TIM_IRQHandler，在每个定时器的中断服务函数内部，我们会调用该函数。该函数声明如下：

void HAL_TIM_IRQHandler(TIM_HandleTypeDef *htim);

而函数 HAL_TIM_IRQHandler 内部，会对相应的中断标志位进行详细判断，判断确定中断来源后，会自动清掉该中断标志位，同时调用不同类型中断的回调函数。所以我们的中断控制逻辑只用编写在中断回调函数中，并且中断回调函数中不需要清中断标志位。比如定时器更新中断回调函数为：

 void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

跟串口中断回调函数一样，我们只需要重写该函数即可。对于其他类型中断，HAL 库同样提供了几个不同的回调函数，这里我们列出常用的几个回调函数：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);//更新中断 
void HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);//输出比较 
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);//输入捕获 
void HAL_TIM_TriggerCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);//触发中断

Tout（溢出时间）=（ARR+1)(PSC+1)/Tclk

其中： Tclk：TIM3 的输入时钟频率（单位为 Mhz）。 Tout：TIM3 溢出时间（单位为 us）。

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