通用定时器概述

定时器分类表如下图所示

通用 TIMx 定时器具有以下特性：

● 16 位（TIM3 和 TIM4）或 32 位（TIM2 和 TIM5）递增、递减和递增/递减自动重载计数器。

● 16 位可编程预分频器，用于对计数器时钟频率进行分频（即运行时修改），分频系数介于 1 到 65536 之间。

● 多达 4 个独立通道，可用于：

— 输入捕获

— 输出比较

— PWM 生成（边沿和中心对齐模式）

— 单脉冲模式输出

● 使用外部信号控制定时器且可实现多个定时器互连的同步电路。

● 发生如下事件时生成中断/DMA 请求：

— 更新：计数器上溢/下溢、计数器初始化（通过软件或内部/外部触发）

— 触发事件（计数器启动、停止、初始化或通过内部/外部触发计数）

— 输入捕获 — 输出比较 ● 支持定位用增量（正交）编码器和霍尔传感器电路

● 外部时钟触发输入或逐周期电流管理

定时器时钟来源

通用定时器时钟可以选择下面四类时钟源之一：

1）内部时钟(CK_INT)

2）外部时钟模式 1：外部输入引脚(TIx)，x=1，2（即只能来自于通道 1 或者通道 2）

注：外部时钟模式 1 下，时钟源信号只能从 CH1 或者 CH2 输入到定时器，

3）外部时钟模式 2：外部触发输入(ETR)

4）内部触发输入(ITRx)：使用一个定时器作为另一定时器的预分频器

时基单元

计数器寄存器(TIMx_CNT)、

预分频器寄存器(TIMx_PSC)、

自动重载寄存器 (TIMx_ARR)。

预装载寄存器的内容既可以直接传送到影子寄存器，也可以在每次发生更新事件 (UEV) 时传送到影子寄存器，这取决于 TIMx_CR1 寄存器中的自动重载预装载使能位 (ARPE)。

时基单元的控制位

TIMx_CR1的CEN(Counter Enable) 位是能计数器。

TIMx_EGR的UG（Update Generation) 用软件方式产生一次事件更新，使得定时器复位。

计数器模式

递增计数模式

在递增计数模式下，计数器从 0 计数到自动重载值（TIMx_ARR 寄存器的内容），然后重新从 0 开始计数并生成计数器上溢事件。

递减计数模式

在递减计数模式下，计数器从自动重载值（TIMx_ARR 寄存器的内容）开始递减计数到 0，然后重新从自动重载值开始计数并生成计数器下溢事件。

中心对齐模式（递增/递减计数）

在中心对齐模式下，计数器从 0 开始计数到自动重载值（TIMx_ARR 寄存器的内容）— 1，生成计数器上溢事件；然后从自动重载值开始向下计数到 1 并生成计数器下溢事件。之后从 0 开始重新计数。

捕获/比较通道

每个捕获/比较通道均围绕一个捕获/比较寄存器（包括一个影子寄存器）、一个捕获输入阶段（数字滤波、多路复用和预分频器）和一个输出阶段（比较器和输出控制）构建而成。通道输入阶段、比较阶段和输出阶段组成。

输入阶段对相应的 TIx 输入进行采样，生成一个滤波后的信号 TIxF。然后，带有极性选择功能的边沿检测器生成一个信号 (TIxFPx)，该信号可用作从模式控制器的触发输入，也可用作捕获命令。该信号先进行预分频 (ICxPS)，而后再进入捕获寄存器。

输出阶段生成一个中间波形作为基准：OCxRef（高电平有效）。链的末端决定最终输出信号的极性。

捕获/比较模块由一个预装载寄存器和一个影子寄存器组成。始终可通过读写操作访问预装载寄存器。

在捕获模式下，捕获实际发生在影子寄存器中，然后将影子寄存器的内容复制到预装载寄存器中。

在比较模式下，预装载寄存器的内容将复制到影子寄存器中，然后将影子寄存器的内容与计数器进行比较。

输入捕获模式

输入捕获通过检测输入通道方波信号跳变沿，并且将跳变是的计数器值锁存到CCR。

输入捕获测定脉冲周期的工作原理：

在一个上跳沿时，寄存器TIMx_SR中的捕获/比较标志位CCyIF置1，表示发生了捕获事件，并且产生对应中断。计数器的置自动锁存到CCR中，在程序中读出CCR的值ccr1，并且清除CCyIF的标志位。

在下一个上跳沿，TIMx_SR中的捕获/比较标志位CCyIF置1，表示发生了捕获事件，并且产生对应中断。在程序中读出CCR的值ccr2。假设，如果在上一次发生捕获以后，CCR的值没有及时被读出，CCyIF保持1，则捕获溢出标志位CCRyOF会被置1。

假设，上跳沿捕获发生在一个周期以内，方波周期则为ccr2-ccr1。

如果方波周期超过计数器周期，则需要将计数器的技术周期和UEV事件发生次数考虑进去。ARR*N-cc2+cc1。

PWM输入捕获模式

PWM输入捕获模式为输入捕获模式的一个特例。

将两个输入捕获信号通道IC1和IC2映射到同一个TI1输入上。

这两个捕获通道边沿有效，但是极性相反。

选择两个 TIxFP 信号之一作为触发输入，并将从模式控制器配置为复位模式。

同时使能两个输入捕获。

在第一个上跳沿，TIMx_CCR1锁存计数器的值，是的计数器复位，在下一个下降沿，TIMx_CC2出发捕获输入，锁存计数器的值，这就是PWM高电平宽度；在下一个上升沿，TIMx_CCR1锁存计数器的值，与之前的值相比较，即为PWM的频率。

定时器同步

两个或者多个定时器可以内部连接，实现定时器同步或者串联。某个工作与主模式的定时器，可对另一个配置为从模式的定时器的计数器执行复位、启动、停止操作或为其提供时钟。

输出比较模式

此功能用于控制输出波形，或指示已经过某一时间段。 当捕获/比较寄存器与计数器（CNT）之间相匹配时，输出比较功能：

● 将为相应的输出引脚分配一个可编程值，该值由输出比较模式（TIMx_CCMRx 寄存器中的 OCxM 位）和输出极性（TIMx_CCER 寄存器中的 CCxP 位）定义。匹配时，输出引脚既可保持其电平 (OCXM=000)，也可设置为有效电平 (OCXM=001)、无效电平 (OCXM=010) 或进行翻转 (OCxM=011)。

● 将中断状态寄存器中的标志置 1（TIMx_SR 寄存器中的 CCxIF 位）。

● 如果相应中断使能位（TIMx_DIER 寄存器中的 CCXIE 位）置 1，将生成中断。

● 如果相应 DMA 使能位（TIMx_DIER 寄存器的 CCxDE 位，TIMx_CR2 寄存器的 CCDS 位，用来选择 DMA 请求）置 1，将发送 DMA 请求。

使用 TIMx_CCMRx 寄存器中的 OCxPE 位，可将 TIMx_CCRx 寄存器配置为带或不带预装载寄存器。

输出模式有：冻结（Frozen）保持电平

有效电平（active level）

无效电平（inactive level）

翻转（toggle）

PWM模式

脉冲宽度调制模式可以生成一个信号，该信号频率由 TIMx_ARR 寄存器值决定，其占空比则由 TIMx_CCRx 寄存器值决定。通过向 TIMx_CCMRx 寄存器中的 OCxM 位写入 110（PWM 模式 1）或 111（PWM 模式 2），可以独立选择各通道（每个 OCx 输出对应一个 PWM）的 PWM 模式。必须通过将 TIMx_CCMRx 寄存器中的 OCxPE 位置 1 使能相应预装载寄存器，最后通过将 TIMx_CR1 寄存器中的 ARPE 位置 1 使能自动重载预装载寄存器。由于只有在发生更新事件时预装载寄存器才会传送到影子寄存器，因此启动计数器之前，必须通过将 TIMx_EGR 寄存器中的 UG 位置 1 来初始化所有寄存器。OCx 极性可使用 TIMx_CCER 寄存器的 CCxP 位来编程。既可以设为高电平有效，也可以设为低电平有效。OCx 输出通过将 TIMx_CCER 寄存器中的 CCxE 位置 1 来使能。有关详细信息，请参见 TIMx_CCERx 寄存器说明。.

在 PWM 模式（1 或 2）下，TIMx_CNT 始终与 TIMx_CCRx 进行比较，以确定是TIMx_CCRx＞TIMx_CNT 还是TIMx_CCRx≤TIMx_CNT。

在计数值达到ARR时会产生UEV事件。TIMx_CCRx≤TIMx_CNT可以产生CC（捕获比较）事件

根据 TIMx_CR1 寄存器中的 CMS 位状态，定时器能够产生边沿对齐模式或中心对齐模式的 PWM 信号。

例：PWM输出模式

实现目标：使用定时器TIM2输出可变脉冲宽度的PWM脉冲，将PWM信号从PA0引脚输出，将PA0引脚与LED引脚连接，使得LED灯呈现出不同的亮度。

LED引脚配置成输入模式。
配置芯片时钟略

Peripheral clocks 是挂载在总线上定时器意外的设备的时钟源；timer clocks 是为定时器提供的时钟源

对定时器时钟TIM2 进行配置。

时钟源，输出通道，预分频，计数周期（ARR）进行配置。Pulsa 在PWM模式1是高电平的宽度。

定时器TIM2 挂载在APB1 的时钟总线上，时钟频率位84MHz

根据配置的分频系数和装载值可求得，定时器时钟频率为：

修改PWM占空比：

在stm32f4xx_hal_tim.h文件中有修改CCR的宏定义

__HAL_TIM_SET_COMPARE(__HANDLE__, __CHANNEL__, __COMPARE__)

使用该宏定义可以修改PWM的占空比

在使用PWM之前需要启动定时器和开启的对应通道的PWM。

HAL_TIM_Base_Start(&htim2);

HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);

PWM常用的HAL函数

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Init(TIM_HandleTypeDef *htim)	PWM初始化，需要在完成定时器初始化配置完成后。
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(TIM_HandleTypeDef htim, TIM_OC_InitTypeDef sConfig, uint32_t Channel)	PWM通道配置
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef htim, uint32_t Channel) HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start_IT(TIM_HandleTypeDef htim, uint32_t Channel) HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start_DMA(TIM_HandleTypeDef htim, uint32_t Channel, uint32_t pData, uint16_t Length)	PWM启动
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Stop(TIM_HandleTypeDef htim, uint32_t Channel) HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Stop_IT(TIM_HandleTypeDef htim, uint32_t Channel) HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Stop_DMA(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)	PWM停止
HAL_TIM_StateTypeDef HAL_TIM_PWM_GetState(TIM_HandleTypeDef *htim)	获取PWM状态
__HAL_TIM_ENABLE_OCxPRELOAD(__HANDLE__, __CHANNEL__)	使能CCR预装载功能
__HAL_TIM_DISABLE_OCxPRELOAD(__HANDLE__, __CHANNEL__)	禁止CCR预装载功能
__HAL_TIM_SET_COMPARE(__HANDLE__, __CHANNEL__, __COMPARE__)	设置CCR
__weak void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)	CNT=CCR时，产生的比较事件的回调函数

例：输出比较模式

输出比较模式与PWM模式类似，也可以生成PWM波形。

但是在PWM模式中，在递增模式下，CNT与CCR作比较，如果CNT小于CCR，输出高电平；若CNT大于CCR，输出低电平。并且在CNT达到ARR是，会溢出。

在比较模式下，CNT与CCR不断做比较，若CNT=CCR，会发生对应的设置的电平改变，并且发生时间。在这种情况下，可以在一个定时器情况下，生成不同频率的PWM信号。

LED引脚配置成输入模式。
配置芯片时钟略
输出比较模式设置：以定时器TIM2为例。

在主函数中启动定时器和OC生成。