STM32（5）——通用定时器基本定时器

1、STM32的Timer简介

STM32中一共有11个定时器，其中2个高级控制定时器，4个普通定时器和2个基本定时器，以及2个看门狗定时器和1个系统嘀嗒定时器。

其中系统嘀嗒定时器是前文中所描述的SysTick，看门狗定时器以后再详细研究。今天主要是研究剩下的8个定时器。

定时器	计数器分辨率	计数器类型	预分频系数	产生DMA请求	捕获/比较通道	互补输出
TIM1 TIM8	16位	向上，向下，向上/向下	1-65536之间的任意数	可以	4	有
TIM2 TIM3 TIM4 TIM5	16位	向上，向下，向上/向下	1-65536之间的任意数	可以	4	没有
TIM6 TIM7	16位	向上	1-65536之间的任意数	可以	0	没有

2、普通定时器TIM2-TIM5

       其中TIM1和TIM8是能够产生3对PWM互补输出的高级定时器，常用于三相电机的驱动，时钟由APB2的输出产生。TIM2-TIM5是普通定时器，TIM6和TIM7是基本定时器，其时钟由APB1输出产生。今天就从最简单的开始学习起，也就是TIM2-TIM5普通定时器的定时功能。

2.1    时钟来源

计数器时钟可以由下列时钟源提供：

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。

由于今天的学习是最基本的定时功能，所以采用内部时钟。TIM2-TIM5的时钟不是直接来自于APB1，而是来自于输入为APB1的一个倍频器。

这个倍频器的作用是：

当APB1的预分频系数为1时，这个倍频器不起作用，定时器的时钟频率等于APB1的频率；

当APB1的预分频系数为其他数值时（即预分频系数为2、4、8或16），这个倍频器起作用，定时器的时钟频率等于APB1的频率的2倍。

通过倍频器给定时器时钟的好处是：

APB1不但要给TIM2-TIM5提供时钟，还要为其他的外设提供时钟；

设置这个倍频器可以保证在其他外设使用较低时钟频率时，TIM2-TIM5仍然可以得到较高的时钟频率。

2.2    计数器模式

TIM2-TIM5可以由向上计数、向下计数、向上向下双向计数。

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。在向下模式中，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。而中央对齐模式（向上/向下计数）是计数器从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。

2.3    编程步骤

1. 配置系统时钟；
2. 配置NVIC；
3. 配置GPIO；
4. 配置TIMER；

其中，前3项在前面的笔记中已经给出，在此就不再赘述了。第4项配置TIMER有如下配置：

1. 利用TIM_DeInit()函数将Timer设置为默认缺省值；
2. TIM_InternalClockConfig()选择TIMx来设置内部时钟源；
3. TIM_Perscaler来设置预分频系数；
4. TIM_ClockDivision来设置时钟分割；
5. TIM_CounterMode来设置计数器模式；
6. TIM_Period来设置自动装入的值
7. TIM_ARRPerloadConfig()来设置是否使用预装载缓冲器
8. TIM_ITConfig()来开启TIMx的中断

其中3 - 6 步骤中的参数由TIM_TimerBaseInitTypeDef结构体给出。

步骤 3 中的预分频系数用来确定TIMx所使用的时钟频率，具体计算方法为：CK_INT/(TIM_Perscaler+1)。CK_INT是内部时钟源的频率，是根据2.1中所描述的APB1的倍频器送出的时钟，TIM_Perscaler是用户设定的预分频系数，其值范围是从0 – 65535。

步骤 4 中的时钟分割定义的是在定时器时钟频率(CK_INT)与数字滤波器(ETR,TIx)使用的采样频率之间的分频比例。TIM_ClockDivision的参数如下表：

TIM_ClockDivision	描述	二进制值
TIM_CKD_DIV1	tDTS = Tck_tim	0x00
TIM_CKD_DIV2	tDTS = 2 * Tck_tim	0x01
TIM_CKD_DIV4	tDTS = 4 * Tck_tim	0x10

数字滤波器(ETR,TIx)是为了将ETR进来的分频后的信号滤波，保证通过信号频率不超过某个限定。

步骤 7 中需要禁止使用预装载缓冲器。当预装载缓冲器被禁止时，写入自动装入的值(TIMx_ARR)的数值会直接传送到对应的影子寄存器；如果使能预加载寄存器，则写入ARR的数值会在更新事件时，才会从预加载寄存器传送到对应的影子寄存器。

ARM中，有的逻辑寄存器在物理上对应2个寄存器，一个是程序员可以写入或读出的寄存器，称为preload register(预装载寄存器)，另一个是程序员看不见的、但在操作中真正起作用的寄存器，称为shadow register(影子寄存器)；设计preload register和shadow register的好处是，所有真正需要起作用的寄存器(shadow register)可以在同一个时间(发生更新事件时)被更新为所对应的preload register的内容，这样可以保证多个通道的操作能够准确地同步。如果没有shadow register，或者preload register和shadow register是直通的，即软件更新preload register时，同时更新了shadow register，因为软件不可能在一个相同的时刻同时更新多个寄存器，结果造成多个通道的时序不能同步，如果再加上其它因素(例如中断)，多个通道的时序关系有可能是不可预知的。

3、程序源代码

本例实现的是通过TIM2的定时功能，使得LED灯按照1s的时间间隔来闪烁

#include "stm32f10x_lib.h"

void RCC_cfg();
void TIMER_cfg();
void NVIC_cfg();
void GPIO_cfg();

int main()
{
       RCC_cfg();
       NVIC_cfg();
       GPIO_cfg();
       TIMER_cfg();

       //开启定时器2
       TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);

       while(1);
}

void RCC_cfg()
{
       //定义错误状态变量
       ErrorStatus HSEStartUpStatus;

       //将RCC寄存器重新设置为默认值
       RCC_DeInit();

       //打开外部高速时钟晶振
       RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

       //等待外部高速时钟晶振工作
       HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
       if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
       {

              //设置AHB时钟(HCLK)为系统时钟
              RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

              //设置高速AHB时钟(APB2)为HCLK时钟
              RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);

              //设置低速AHB时钟(APB1)为HCLK的2分频
              RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);

              //设置FLASH代码延时
              FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);

              //使能预取指缓存
              FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

              //设置PLL时钟，为HSE的9倍频 8MHz * 9 = 72MHz
              RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);

              //使能PLL
              RCC_PLLCmd(ENABLE);

              //等待PLL准备就绪
              while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET); 

              //设置PLL为系统时钟源
              RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

              //判断PLL是否是系统时钟
              while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
       } 

       //允许TIM2的时钟
       RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);

       //允许GPIO的时钟
       RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
}

void TIMER_cfg()
{
       TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

       //重新将Timer设置为缺省值
       TIM_DeInit(TIM2);

       //采用内部时钟给TIM2提供时钟源
       TIM_InternalClockConfig(TIM2);

       //预分频系数为36000-1，这样计数器时钟为72MHz/36000 = 2kHz
       TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 36000 - 1;

       //设置时钟分割
       TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;

       //设置计数器模式为向上计数模式
       TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;

       //设置计数溢出大小，每计2000个数就产生一个更新事件
       TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 2000 - 1;

       //将配置应用到TIM2中
       TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStructure);

       //清除溢出中断标志
       TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);

       //禁止ARR预装载缓冲器
       TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, DISABLE);

       //开启TIM2的中断
       TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);
}

void NVIC_cfg()
{
       NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

        //选择中断分组1
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

        //选择TIM2的中断通道
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQChannel;      

        //抢占式中断优先级设置为0
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

       //响应式中断优先级设置为0
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;

        //使能中断
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

void GPIO_cfg()
{
       GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;                 //选择引脚5

       GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //输出频率最大50MHz

      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //带上拉电阻输出

       GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

}

在stm32f10x_it.c中，我们找到函数TIM2_IRQHandler()，并向其中添加代码

void TIM2_IRQHandler(void)

{

       u8 ReadValue;

       //检测是否发生溢出更新事件
       if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)

       {

              //清除TIM2的中断待处理位
              TIM_ClearITPendingBit(TIM2 , TIM_FLAG_Update);

              //将PB.5管脚输出数值写入ReadValue
              ReadValue = GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_5);           

              if(ReadValue == 0)
              {
                     GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
              }
              else
              {
                     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
              }
       }
}