高级计时器TIM1：概述与外部时钟模式实现外部脉冲计数

16位高级计时器TIM1概述

• 除了计时功能外，计时器也用于对输入信号进行计数、测量等

• TIM1功能最为强大，涵盖上述功能，通用16位计时器计时器资源TIM2/3等也可用于计数、测量、PWM输出，但它们与TIM1相比功能有所缺失，因此本章节使用TIM1演示如何配置计数功能，TIM2/3的配置方法是类似的

• 高级的TIM1与通用的TIM2/3之间具体的功能差别，以及怎样使用TIM1/2/3作计时功能请查阅上一章

TIM1的特性

• 控制更精细

  • TIM1不仅和TIM2/3一样有16位的自动重装载寄存器，还有16位的预分频寄存器(同样分为高位和低位两个寄存器用以存放分频系数)，对计数的控制更加精确

  • 可以设置为向上/向下/双向三种计数模式，而其他TIM资源则只能向上计数

  • 可以在指定数目的计数器周期之后更新寄存器

  • 产生的中断事件更丰富，包括：更新事件(计数器溢出/计数器初始化/通过软件触发)、触发事件(计数器启动/停止/初始化/由内部或者外部触发计数)、输入捕获事件、输出比较事件、刹车信号输入事件

  • 除了使能信号外，还有一个刹车输入信号，可以将定时器的输出信号复位或者置于一个已知状态

• 功能更丰富

  • 配备同步电路，用于外部信号控制定时器和定时器直接的互连
  • 拥有多达4个独立的捕获/比较通道TIM1_CH1-4，可配置为输入捕获、输出比较、PWM生成和单脉冲输出

• TIM1的捕获/比较通道

  TIM1拥有4个独立的捕获/比较通道，分别是TIM1_CH1-4；它们与GPIO的PC组引脚1-4引脚功能复用

  这些通道功能强大，可以配置为输入捕获、输出比较、PWM生成和单脉冲输出功能

  比如说，当配置CH1引脚为输入捕获时，外部的信号就能通过PC1引脚输入到单片机被捕获处理；而配置了CH2通道输出比较时，PC2引脚就会输出相应信号

TIM1的计数时钟源

• 与只能使用主时钟作时钟源的基本计数器不同，TIM1的时钟信号f_{CK_PSC}可以有四种来源，具体使用何种时钟信号取决于TIM1被配置成什么模式

• 单片机内部主时钟f_MASTER

  即把TIM1用作计时功能，类似TIM4，见上一节

• 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配时钟

  也就是计时器的级联，TIM1可以级联TIM5/6，TIM2/3/4则没有级联功能

• 外部时钟模式

  使用单片机外部的脉冲信号作为时钟信号，该信号未必是周期的，因此TIM1此时发挥计数而非计时功能，TIM1支持两种方式的外部脉冲信号，对应两种外部时钟模式：

  • 外部时钟模式1：外部时钟输入TIx：将外部脉冲信号通过通道传入单片机

  • 外部时钟模式2：外部触发输入ETR：将外部信号通过专门的外部触发信号引脚TIM1_ETR传入

  本节介绍TIM1的计数功能，因此以外部时钟模式的配置为主要内容

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TIx外部时钟输入模式配置流程

• 所谓外部时钟源模式1，就是借助捕获/比较通道，将外部脉冲信号连接至相应通道，作为TIM1的f_{CK_PSC}信号来源，如此实现计数功能(因为外部信号的频率并不一定是固定的，因此不能得到具体时间，这就和计时功能区分开来)

• 注意：TIM1有四个独立的通道，因此在配置时每个通道能单独配置其功能，相应的寄存器有四个对应各通道的配置位

  但是，只有CH1和CH2能配置为外部时钟源模式1，接下来的配置以使用CH1为例

TIx配置简述

1. 设置通道采样率及滤波器

   配置捕获/比较模式寄存器TIM1_CCMR1的IC1F[3:0]位(位7:4)

   采样率根据奈奎斯特定律需要是信号频率2倍，滤波器可以保持默认

2. 设置外部信号边沿极性

   这一步选定要检测信号的上升沿或下降沿，在对应边沿进行触发

   配置捕获/比较使能寄存器TIM1_CCER1的CC1P位(位1)，0为高电平有效，1为低电平有效

3. 设置同步计数器触发输入源

   这一步确定计数对象是哪一个触发输入

   配置从模式控制寄存器TIM1_SMCR的TS[2:0]位(位6:4)

   内部触发ITR0可连接的触发输入源有6种，对于CH1，我们需要使用的是滤波后的定时器输入1(TI1FP1)，配置为101

4. 设置使用外部时钟源模式1

   在对外部信号采样、滤波并确定计数器输入源之后，就可以启用此模式

   配置从模式控制寄存器TIM1_SMCR中的SMS[2:0]位为111，将外部脉冲信号连接到单片机的捕获/比较通道引脚

5. 使能计数器

   配置TIM1_CR1_CEN位为1，这和之前的计时功能是一样的

TIx模式相关寄存器

• 捕获/比较模式寄存器TIM1_CCMR1

  IC1F位控制对信号的采样频率，IC1PSC则配置滤波器(可以不设置)

  

  注意TIM1_CCMR1的CC1S位，其决定了寄存器的功能，被配置为不同功能将会决定之后的CCER寄存器各个位的功能

  注意CCMR1只控制CC1通道，即CH1引脚；对于CH2/3/4，有CCMR2/3/4的CC2/3/4S位来配置其功能

  

• 捕获/比较使能寄存器TIM1_CCER1

  主要配置CC1P位，决定信号边沿

  注意在在输入或输出不同下模式，有些位功能是不同的；

  另外CCER1中只有控制CH1与CH2的相应位，CH3和CH4的控制位在寄存器CCER2中，为CC3E/CC3P/CC4E/CC4P等

  

• 从模式控制寄存器TIM1_SMCR

  TS位确定计数对象是哪一个触发输入，CH1使用TI1FP1(配置为101)，CH2使用TI2FP2

  SMS位控制计数的模式，外部时钟源模式1配置为111

  

• 控制寄存器TIM1_CR1

  控制TIM1的各个功能，包括使能、更新事件中断、计数方向、自动预装载、中央对齐模式、单脉冲；在之后介绍TIM1其他功能的章节中还会用到

  

代码实现

• 配置CH1为外部时钟模式1

  配置TIM1_CH1(PC1引脚)为外部时钟模式1的代码如下：

  void TIM1_TIx_init()
  {
  	TIM1_CCMR1 |= 0x30;//配置输入捕获通道CH1滤波器参数, IC1F[3:0]=0011
  	TIM1_CCER1 = 0x02;//配置边沿检测极性为低电平或下降沿, CC1P=1
  	TIM1_SMCR |= 0x50;//配置同步计数器触发输入, TS[2:0]=101
  	TIM1_SMCR |= 0x07;//配置从模式选择, SMS[2:0]=111
  	TIM1_CR1 |= 0x01;//使能TIM1计数器, CEN=1
  }
  

• 对引脚初始化

  在初始化外部时钟源模式1完成后，还需要配置其所使用的专门的捕获/比较通道：虽然有4个独立通道，但用作外部时钟模式的只能是1和2通道

  这两个通道实际上是普通GPIO引脚的功能复用，因此需要对其引脚进行配置，使其为上拉输入模式以允许外部信号输入：

  //TIM1_CH1对应PC1引脚的复用功能，TIM1_CH2对应PC2，以此类推
  PC_DDR_DDR1 = 0;//配置PC1为输入引脚
  PC_CR1_C11 = 1;//配置为弱上拉输入模式
  PC_CR2_C21 = 0;//配置关闭外部中断
  

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ETR外部触发输入模式配置流程

• 外部时钟源模式2启用了一个专门的外部触发信号引脚，即TIM1_ETR引脚（此引脚与PH4复用），将外部脉冲信号连接至此引脚进行计数，ETR的功能比较简单，没有TIx的捕获/比较通道可用

ETR配置简述

1. 设置外部信号触发极性

   配置外部触发寄存器TIM1_ETR，ETP位(位7)决定触发边沿，配置为1即低电平或下降沿有效，0为高电平或上升沿有效

2. 设置信号预分频

   配置TIM1_ETR的ETPS[1:0]位(位5:4)，可以按需求将信号不分频/2/4/8分频

3. 设置信号采样率和滤波器

   配置TIM1_ETR的ETF[3:0]位(位3:0)，设置采样率与滤波器配置

   这一部分的参数与模式1的TIM1_CCMR1的IC1F[3:0]位是一样的

4. 使能外部时钟源模式2

   配置TIM1_ETR的ECE位(位6)为1即可

5. 使能计数器

   配置TIM1_CR1_CEN位为1

ETR模式相关寄存器

• 外部触发寄存器TIM1_ETR

  外部触发只使用ETR寄存器即可完成配置

  

代码实现

• ETR功能初始化

  void TIM1_ETR_init()
  {
  	TIM1_ETR|=0x80;//设置外部触发信号极性，ETP=1
  	TIM1_ETR|=0x30;//设置外部信号预分频参数，ETPS[1:0]=11
  	TIM1_ETR|=0x03;//设置外部触发滤波器，ETE[3:0]=0011
  	TIM1_ETR|=0x40;//设置使能外部时钟模式，ECE=1
  	TIM1_CR1|=0x01;//使能计数器，CEN=1
  }
  

• ETR引脚初始化

  同外部时钟源模式1，TIM_ETR引脚与PH4功能复用，要对ETR引脚进行初始化

  //将PH4配置为弱上拉输入模式作为外部脉冲信号输入，且不启用外部中断
  PH_DDR_DDR4 = 0;//输入
  PH_CR1_C14 = 1;//弱上拉
  PH_CR2_C24 = 0;//关中断