STM32F103定时器配置

目录

• 一、定时器
  • 1.1 定时器类型
    • 1.1.1 高级定时器框图
    • 1.1.2 通用定时器框图
    • 1.1.3 基本定时器框图
  • 1.2 计数器模式
  • 1.3 功能介绍
    • 1.3.1 定时器中断
    • 1.3.2 输出比较
    • 1.3.3 PWM基本结构
• 二、定时器相关寄存器
  • 2.1 控制寄存器（TIMx_CR1）
  • 2.2 DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER）
  • 2.3 预分频寄存器（TIMx_PSC）
    • 2.3.1 计数器计数频率
    • 2.3.2 计数器溢出频率
    • 2.3.3 计数器溢出时间
  • 2.4 从模式控制寄存器（TIMx_SMCR）
  • 2.5 自动重装载寄存器（TIMx_ARR）
  • 2.6 状态寄存器（TIMx_SR）
• 三、定时中断源码
  • 3.1 定时中断初始化步骤
  • 3.2 源码实现
    • 3.2.1 TIM_TypeDef
    • 3.2.2 TIMx初始化
    • 3.2.3 设置NVIC
    • 3.2.4 中断处理函数
  • 3.3 实现功能
    • 3.3.1 main函数实现
    • 3.3.2 TIM1_UP_IRQHandler函数实现
    • 3.3.3 测试
• 四、源码下载

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• 一、定时器
  • 1.1 定时器类型
    • 1.1.1 高级定时器框图
    • 1.1.2 通用定时器框图
    • 1.1.3 基本定时器框图
  • 1.2 计数器模式
  • 1.3 功能介绍
    • 1.3.1 定时器中断
    • 1.3.2 输出比较
    • 1.3.3 PWM基本结构
• 二、定时器相关寄存器
  • 2.1 控制寄存器（TIMx_CR1）
  • 2.2 DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER）
  • 2.3 预分频寄存器（TIMx_PSC）
    • 2.3.1 计数器计数频率
    • 2.3.2 计数器溢出频率
    • 2.3.3 计数器溢出时间
  • 2.4 从模式控制寄存器（TIMx_SMCR）
  • 2.5 自动重装载寄存器（TIMx_ARR）
  • 2.6 状态寄存器（TIMx_SR）
• 三、定时中断源码
  • 3.1 定时中断初始化步骤
  • 3.2 源码实现
    • 3.2.1 TIM_TypeDef
    • 3.2.2 TIMx初始化
    • 3.2.3 设置NVIC
    • 3.2.4 中断处理函数
  • 3.3 实现功能
    • 3.3.1 main函数实现
    • 3.3.2 TIM1_UP_IRQHandler函数实现
    • 3.3.3 测试
• 四、源码下载

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一、定时器

定时器，顾名思义，就是用于定时或计数，它其实就是一个加1计数器。

1.1 定时器类型

STM32f103有三类定时器：

类型	编号	总线	功能
高级定时器	TIM1、TIME8	APB2	拥有通用定时器全部功能，并额外具有重复计数器、死区生成、互补输出、刹车输入等功能
通用定时器	TIM2、TIM3、TIM4、TIM5	APB1	拥有基本定时器全部功能，并额外具有内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等功能
基本定时器	TIM6、TIM7	APB1	拥有定时中断、主模式触发DAC的功能

每个通用定时器TIMx功能：

• 位于低速的APB1总线上；
• 16位向上、向下、向上/向下自动装载计数器（TIMx_CNT）；
• 16位可编程预分频器（TIMx_PSC），计数器的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：
  • 输入捕获；
  • 输出比较；
  • PWM生成；
  • 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联的同步电路；
• 如下事件发生时产生中断/DMA（6个独立的IRQ/DMA请求生成器）：
  • 更新：计数器向上溢出/向下溢出，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、初始化或者由内部/外部触发计数）；
  • 输入捕获；
  • 输出比较；
  • 支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路；
  • 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。

1.1.1 高级定时器框图

1.1.2 通用定时器框图

1.1.3 基本定时器框图

1.2 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；
• 中央对齐模式（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。

具体如下图所示：

1.3 功能介绍

1.3.1 定时器中断

1.3.2 输出比较

输出比较可以通过比较CNT与CCRx寄存器值的关系，来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形。

输出比较模式：

模式	描述
冻结	CNT=CCR时，REF保持为原状态
匹配时置有效电平	CNT=CCR时，REF置有效电平
匹配时置无效电平	CNT=CCR时，REF置无效电平
匹配时置电平翻转	CNT=CCR时，REF电平翻转
强制为无效电平	CNT与CCR无效，REF强制为无效电平
强制为有效电平	CNT与CCR无效，REF强制为有效电平
PWM模式1	向上计数：CNT<CCR时，REF置有效电平，CNT≥CCR时，REF置无效电平 向下计数：CNT>CCR时，REF置无效电平，CNT≤CRR时，REF置有效电平
PWM模式2	向上计数：CNT<CCR时，REF置无效电平，CNT≥CCR时，REF置有效电平 向下计数：CNT>CCR时，REF置有效电平，CNT≤CRR时，REF置无效电平

1.3.3 PWM基本结构

PWM频率 ：$F_{req} = T_{clk} / (PSC + 1) / (ARR + 1)$；

PWM占空比：$Duty = CCR / (ARR + 1)$；

PWM分辨率：$Peso = 1 / (ARR + 1)$。

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二、定时器相关寄存器

2.1 控制寄存器（TIMx_CR1）

想要使用定时器功能，首先要使能定时器。使能定时器主要用到控制寄存器1（TIMx_CR1），此处重点关注第一位，这一位是计数器使能位，给此位设1，使能计数器；

此外我们也需要关注位7 ARPE、位4 DIR。

2.2 DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER）

定时器的使用，很多情况下都伴随着中断，因此下面要重点关注的是DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER）。同样的，只用关注第一位。该位为更新中断允许位，当该位设置为1时，将允许由于更新事件所产生的中断；

2.3 预分频寄存器（TIMx_PSC）

接下来就要确定定时器的时间，定时器的定时是通过频率计算出来的。这里要用到预分频寄存器（TIMx_PSC）。该寄存器用于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；

2.3.1 计数器计数频率

定时器的时钟频率是$T_{clk}$，TIMx_PSC即为PSC的值。时钟频率被分频了PSC+1，那么定时器的时钟频率：

$$CK\_CNT = 时钟源频率 / 预分频系数 = \frac{T_{clk}}{PSC + 1}$$

故可知定时器计数值加1所需的时间为：$\frac{PSC + 1}{T_{clk}}$。

2.3.2 计数器溢出频率

自动重装载值ARR，即TIM_ARR。定时器从0计数到ARR时清零。由第一步已经计算出了被分频了PSC+1的最终定时器的时钟频率为$\frac{T_{clk}}{PSC + 1}$，这是计数一次的频率，故计数器溢出频率 （或者说定时器溢出频率）：

$$CK\_CNT\_OV = 时钟源频率 / 预分频系数 /自动重装载寄存器 = CK\_CNT / (ARR + 1) = T_{clk} / (PSC + 1) / (ARR + 1)$$

2.3.3 计数器溢出时间

计数器溢出时间（或者说定时器溢出时间）：

$$T_{out} = 1 / CK\_CNT\_OV = \frac {(PSC + 1) \times (ARR + 1) }{T_{clk}}$$

其中

• $T_{clk}$为定时器的输入时钟频率（单位Mhz），通常为系统时钟频率或者定时器外部时钟频率；
• ARR（TIM_ARR）：自动重装载值，是定时器溢出前的计数值；
• PSC（TIMx_PSC）：预分频值，是用来降低定时器时钟频率的参数；
• T_{out}：定时器溢出时间（单位us），一定要注意这个单位是us。

2.4 从模式控制寄存器（TIMx_SMCR）

从框图中可以看到统通用定时器时钟来源有以下几个：

• 内部时钟（CK_INT）默认；
• 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。

时钟源的选择，可以通过从模式寄存器（TIMx_SMCR）的第3位来选择；

2.5 自动重装载寄存器（TIMx_ARR）

下面是自动重载寄存器。自动装载寄存器（TIMx_ARR）是预先装载的，写或读自动重装载寄存器将访问预装载寄存器；

2.6 状态寄存器（TIMx_SR）

如果发生了更新中断，UIF位会被置1；

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三、定时中断源码

3.1 定时中断初始化步骤

定时中断配置流程如下：

(1) TIMx时钟使能：通过配置RCC_APB1ENR/RCC_APB2ENR寄存器使能TIMx时钟；

(2) 配置TIMx时基单元；

• 配置TIMx_ARR寄存器自动重装载的值；

• 配置TIMx_PSC频寄存器预分频系数；

(3) 配置TIMx_DIER寄存器允许更新中断（UIE=1）;

(4) 设置NVIC;

• 参考《STM32F103嵌套向量中断控制器》：设置中断优先级分组、设置响应优先级和抢断优先级、使能相应中断位；

(5) 中断处理函数；

• 设置中断服务函数（包括清除中断标志，清SR寄存器状态标志位（UIF=0））。

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2023-09-06	*源	19
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