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[嵌入式]【STM32】HAL库-通用定时器

简介

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。
它适用于多种场合，包括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)。
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。
每个定时器都是完全独立的，没有互相共享任何资源。

在这里插入图片描述

时基单元

软件可以读写计数器CNT、自动重装载寄存器ARR和预分频寄存器PSC，即使计数器运行时也可以操作。

当前计数值寄存器CNT
向上计数，可随时修改
自动重装载寄存器ARR
可随时修改，具有影子寄存器，根据TIMx_CR1寄存器中的自动重装载预加载使能位(ARPE)，写入ARR寄存器的内容能够立即或在每次更新事件（UEV）时，传送到它的影子寄存器。真正起作用的是其影子寄存器
预分频寄存器PSC
可随时修改，具有影子寄存器，具有缓冲，新的预分频数值将在下一个更新事件时起作用（发生更新事件（UEV）时才将值传送到其影子寄存器中）。

更新事件UEV的使能与来源

更新事件UEV的使能位
TIMx_CR1寄存器的UDIS位

UDIS位为0则将不再产生更新事件，但计数器和预分频器的计数器依然会在应产生更新事件时重新从0开始计数
UDIS位为1，当发生一次更新事件时所有影子寄存器会被更新
更新事件UEV的来源
更新中断和DMA请求的来源
TIMx_CR1寄存器的URS位

软件触发更新事件

写入事件产生寄存器TIM_EGR寄存器的UG位
置位UG位则产生更新事件
如果设置了TIMx_CR1寄存器中的URS位(选择更新请求) ，设置UG位可以产生一次更新事件UEV，但不设置UIF标志(即没有中断或
DMA请求)。这是为了避免在捕获模式下清除计数器时，同时产
生更新和捕获中断。
在这里插入图片描述

计数模式

设置TIMx_CR1中的DIR方向位来选择计数方向

向上计数模式
在向上计数模式中，计数器从0计数到自动加载值(TIMx_ARR计数器的内容)，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
在向下模式中，计数器从自动装入的值(TIMx_ARR计数器的值)开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始并且产生一个计数器向下溢出事件。
中央对齐计数模式（向上/向下计数）
在中央对齐模式，计数器从0开始计数到自动加载的值(TIMx_ARR寄存器)?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下溢事件；然后再从0开始重新计数。在每次计数上溢和每次计数下溢时产生更新事件
在这个模式，不能写入TIMx_CR1中的DIR方向位。它由硬件更新并指示当前的计数方向。
可以通过(软件或者使用从模式控制器)设置TIMx_EGR寄存器中的UG位产生更新事件。然后，计数器重新从0开始计数，预分频器也重新从0开始计数。

时钟源

定时器时钟来源CK_PSC：

内部时钟(CK_INT)
外部时钟模式1：外部输入脚(TIx)
外部时钟模式2：外部触发输入(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。

CNT计数器的时钟由CK_CNT提供，CK_CNT的时钟频率等于fCK_PSC/(PSC[15:0]+1)

内部时钟(CK_INT)
如果禁止了从模式控制器(TIMx_SMCR寄存器的SMS=000)，则CEN、DIR(TIMx_CR1寄存器)和UG位(TIMx_EGR寄存器)是事实上的控制位，并且只能被软件修改(UG位仍被自动清除)。只要CEN位被写成’1’，预分频器的时钟就由内部时钟CK_INT提供。
外部时钟模式1：外部输入脚(TIx)
当TIMx_SMCR寄存器的SMS=111时，此模式被选中。计数器可以在选定输入端的每个上升沿或下降沿计数。

输入捕获

输入部分对相应的TIx（引脚上的电平）输入信号采样，并产生一个滤波后的信号TIxF（逻辑信号0/1）。然后，一个带极性（上升沿/下降沿）选择的边缘检测器产生一个信号(TIxFPx)，它可以作为从模式控制器的输入触发或者作为捕获控制。该信号（TIxFPx）通过预分频（预分频器内部含有一个预分频计数器，用来计TIxFPx的数目）进入捕获寄存器(ICxPS)。

通道1为例的输入捕获通道框图
通过CC1S来选择IC1的信号来源
通过ICPS来选择几个IC1信号等效于IC1PS信号。
在这里插入图片描述

在捕获模式下，捕获发生在影子寄存器上，然后再复制到预装载寄存器中。
在发生捕获时候，计数器CNT的值会被复制到捕获/比较影子寄存器中，然后从影子寄存器中再复制到捕获/比较预装载寄存器中。

在输入捕获模式下，当检测到ICx信号上相应的边沿后，计数器的当前值被锁存到捕获/比较寄存器(TIMx_CCRx)中。当捕获事件发生时，相应的CCxIF标志(TIMx_SR寄存器)被置’1’，如果使能了中断或者DMA操作，则将产生中断或者DMA操作。如果捕获事件发生时CCxIF标志已经为高，那么重复捕获标志CCxOF(TIMx_SR寄存器)被置’1’。写CCxIF=0可清除CCxIF，或读取存储在TIMx_CCRx寄存器中的捕获数据也可清除CCxIF。写CCxOF=0可清除CCxOF。

配置过程

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在这里插入图片描述
fDTS的时钟频率通过控制寄存器 1(TIMx_CR1) 的CKD位控制

输入捕获-下降沿捕获-软件触发更新事件CNT

采用STM32F103C8T6单片机，KeilMDK5.32版本

定时器的使用内部时钟源
CK_PSC = CK_INT = 72MHz
CK_CNT = 10KHz 计数器每计数一个数耗时0.0001s = 100us = 0.1ms
预分频器为72MHz / 10KHz = 7200 - 1 = 7199
计数器重装载值为65535 故最长计数为6.5535秒
PA0为定时器输入捕获通道1(CH1)，下降沿捕获，CH1连接IC1
根据实际需求PA0配置PA0的模式输入模式上/下拉电阻
PC13控制LED灯，用杜邦线连接PA0与PC13，捕获LED的亮灭时间
开启更新中断，输入捕获通道1中断。在输入捕获回调函数中将计数CNT寄存器的值清零(在向上计数模式下)。也可以软件触发更新事件，但是需要将URS位置位(仅只有计数器溢出/下溢才产生更新中断或DMA请求)

发生捕获将flag |= 0x02，主函数中检查并复位flag，并输出信息到串口
延时1000ms，LED亮灭时间各持续一秒，下降沿捕获，故串口输出的值为2000ms左右。

在这里插入图片描述
回调函数
如果高电平/低电平的持续时间，需要写定时器溢出的逻辑代码

定时器初始化函数中，添加用户代码
置位USR位，在开启中断前西安清零相应标志位

定时器初始化注意点：
因为预分频PSC寄存器和重装载ARR寄存器有影子寄存器，真正起作用的是影子寄存器，在发生更新事件时，才将其值更新到其影子寄存器中，故在配置定时器后，需要软件触发更新时间（置位TIMx_EGR寄存器的UG位，此时URS位需为0）。重装载ARR寄存器也可以根据(TIMx_CR1寄存器的ARPE位来确定有没有缓冲，没有缓冲则立刻将其值更新到其影子寄存器中。
HAL库中TIM_Base_SetConfig()的代码也是这样写的，如下
在这里插入图片描述
STM32CubeMX配置

工程文件下载链接

串口使用了DMA，必须先初始化DMA再初始化串口，其他外设类似。 STM32CubeMX的BUG
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PWM输入捕获

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PWM输入捕获，用来测量PWM信号的周期与占空比，如下图：
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复位模式 – 选中的触发输入(TRGI)的上升沿重新初始化计数器，并且产生一个更新寄存器的信号。

IC1上升沿捕获发生时，会产生一个TRGI信号，但是TRGI信号有一定延时，CCR1捕获寄存器复制CNT寄存器的值的时候，CNT寄存器还未复位。
IC2下降沿捕获，不会产生TRGI信号，CCR2捕获寄存器复制CNT寄存器的值
同1

通过URS位来确定是否需要使用复位模式产生的中断
不需要则置位URS位
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由于只有TI1FP1和TI2FP2连到了从模式控制器，所以PWM输入模式只能使用TIMx_CH1 /TIMx_CH2信号。

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配置过程

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PWM输入捕获-复位模式demo

采用STM32F103C8T6单片机，KeilMDK5.32版本

定时器的使用内部时钟源
CK_PSC = CK_INT = 72MHz
CK_CNT = 10KHz 计数器每计数一个数耗时0.0001s = 100us = 0.1ms
预分频器为72MHz / 10KHz = 7200 - 1 = 7199
计数器重装载值为65535 故最长计数为6.5535秒
PA0为定时器输入捕获通道1(CH1)，上升沿捕获，CH1连接IC1
根据实际需求PA0配置PA0的模式输入模式上/下拉电阻
IC2连接CH1，下降沿捕获
复位模式，选择TRGI触发源选择TI1PF1
PC13控制LED灯，用杜邦线连接PA0与PC13，捕获LED的亮灭时间

复位模式会产生更新事件，根据URS位来确定是否要使用这个更新事件

定时器初始化函数用户添加的代码
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回调函数

主函数
在这里插入图片描述

STM32CubeMX配置
在这里插入图片描述

也可以使能触发中断

__HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim2, TIM_IT_TRIGGER);

回调函数如下
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工程文件下载链接

输出比较

此项功能是用来控制一个输出波形，或者指示一段给定的的时间已经到时。

在这里插入图片描述

输出模式如下图：

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OCxM位的值：

000：CCR与CNT寄存器的值进行比较不能影响OC引脚的电平状态，被冻结，对OCxREF也没影响。
001：仅当CCR与CNT寄存器的值相等的这一时刻起作用（其他时刻不进行比较），将OC引脚的电平状态设置位有效电平，OCxREF为高电平。OC有效电平由捕获/比较使能寄存器(TIMx_CCER) 的CCxP位进行设置。
010：仅当CCR与CNT寄存器的值相等的这一时刻起作用（其他时刻不进行比较） ，将OC引脚的电平状态设置位无效电平，OCxREF为低电平。
011：仅当CCR与CNT寄存器的值相等的这一时刻起作用（其他时刻不进行比较），OC引脚电平状态进行翻转，OCxREF也翻转。
100：不介绍
101：不介绍
110：PWM1，
在向上计数模式下，TIMx_CNT<TIMx_CCR1，将OC引脚设置为有效电平，OCxREF设置为高电平；TIMx_CNT>TIMx_CCR1，OC引脚设置为无效电平，OCxREF设置为低电平。
在向下计数模式，TIMx_CNT<TIMx_CCR1，将OC引脚设置为有效电平，OCxREF设置为高电平；TIMx_CNT>TIMx_CCR1，OC引脚设置为无效电平，OCxREF设置为低电平。
111：PWM2与PWM相反

配置过程

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PWM输出

脉冲宽度调制模式可以产生一个由TIMx_ARR寄存器确定频率、由TIMx_CCRx寄存器确定占空比的信号。

配置过程

选择计数器时钟(内部，外部，预分频器)
将相应的数据写入TIMx_ARR和TIMx_CCRx寄存器中
如果要产生一个中断请求和/或一个DMA请求，设置CCxIE位和/或CCxDE位。
选择输出模式（PWM1/PWM2），设置TIMx_CCMRx寄存器OCxPE位以使能相应的预装载寄存器（捕获/比较寄存器CCRx也有影子寄存器，置位OCxPE位来使能缓冲），设置TIMx_CR1寄存器的ARPE位（使能重装载寄存器的缓冲），OCx的有效极性在TIMx_CCER寄存器中的CCxP位设置
设置TIMx_CCER寄存器中的CCxE位控制OCx输出使能，设置TIMx_CR1寄存器的CEN位启动计数器

在PWM模式(模式1或模式2)下，TIMx_CNT和TIMx_CCRx始终在进行比较。
当发生一个更新事件的时候，预装载寄存器才能被传送到影子寄存器，因此在计数器开始计数之前，必须通过设置TIMx_EGR寄存器中的UG位来初始化所有的寄存器。

计数模式

向上计数
向下计数
中央对齐计数

PWM输出-呼吸灯demo

采用STM32F103C8T6单片机，KeilMDK5.32版本

定时器的使用内部时钟源
CK_PSC = CK_INT = 72MHz
CK_CNT = 10KHz 计数器每计数一个数耗时0.0001s = 100us = 0.1ms
预分频器为72MHz / 10KHz = 7200 - 1 = 7199
计数器重装载值为100 故计数周期为10ms
PWM周期为10ms，计数器计一个数为0.1ms ，每25ms调整一次占空比(5~95%)
PA6为定时器PWM捕获通道1(CH1)，捕获/比较寄存器的值初始化为5
PC13控制LED灯，用杜邦线连接PA6与PC13

在HAL库的定时器初始化函数中添加用户代码
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主函数中每25ms调整一次占空比
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STM32CubeMX配置
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工程文件下载链接

单脉冲模式

单脉冲模式(OPM)是前述众多模式的一个特例。这种模式允许计数器响应一个激励，并在一个程序可控的延时之后，产生一个脉宽可程序控制的脉冲。
定时器仅运行一次，产生一次更新事件后，失能定时器。

可以在PWM输出模式下，设置定时器的分频，重装载值，捕获/比较寄存器的值，来输出PWM波。如下图，设置PWM的周期与占空比，输出一个长度可设置的脉冲信号。
在这里插入图片描述

单脉冲模式-PWM输出demo

采用STM32F103C8T6单片机，KeilMDK5.32版本

采用2个定时器
定时器2 为PWM输入捕获，复位从模式（触发则复位CNT寄存器），通道1（PA0）上升沿触发，IC1上升沿捕获，IC2下降沿捕获，开启IC1捕获中断。IC1和IC2连接到通道1（PA0），PA设置为下拉输入。分频为7200 计一个数为0.1ms，重装载值为65535。
定时器3为PWM输出模式，触发从模式（触发则使能定时器），通道2（PA7）下降沿触发，OC1（PA6）为PWM输出模式。分频为7200 计一个数为0.1ms，重装载值为100，CCR1寄存器为50，故OC1（PA6）PWM波周期为10ms，占空比为50%。
定时器3在单脉冲模式（发生更新事件则失能定时器，也就10ms后失能定时器）。
单脉冲模式负责失能定时器，触发从模式（通道2 PA7检测到上升沿信号）负责使能定时器。
PC13控制LED灯，每50ms亮灭一次。
用杜邦线连接PA0和PA6，连接PA7和PC13。
则输出的PWM波高电平持续时间为95ms，低电平为5ms，可以自己画一下波形图分析。

STM32CubeMX配置
定时器2设置
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定时器3设置