嵌入式—定时器与PWM

「ugly beauty」

已于 2024-12-10 00:16:09 修改

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文章标签：单片机嵌入式硬件

于 2024-12-10 00:15:02 首次发布

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一.定时器基本原理

1.定时器概念

定时器是微控制器中不可缺少的外设，它主要用于定时、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，本质就是进行计数，选择内部时钟脉冲，作为计数器时，技术信号的来源选择非周期脉冲信号。

2.定时器分类

STM32定时器种类多，功能强大，这些定时器完全独立、互不干扰，可以同步操作。分为高级定时器、通用定时器和基本定时器三种，它们之间存在功能上的包含关系，即基本定时器有的功能通用定时器都有，通用定时器又包含了高级定时器的部分功能，而高级定时器则增加了如死区互补输出、刹车信号等更高级的功能。

我们最常用的就是通用定时器，TIM2、TIM3、TIM4、TIM5 为STM32的4个独立的16位通用定时器，具有定时、测量输入信号的脉冲长度（输入捕获）、输出所需波形（输出比较、产生PWM、单脉冲输出等）等功能。

3.时钟计算方法

定时器的定时时间主要取决于定时周期和预分频因子，计算公式为：

定时时间=（ARR+1）×（预分频值PSC+1）/输入时钟频率

或 T=（TIM_Period +1）*（TIM_Prescaler +1）/TIMxCLK 这里ARR+1是因为计数器都是从0开始计数的。

4.工作原理

（1）时钟产生与选择
通用定时器的时钟源有多种选择，主要包括内部时钟（CK_INT）、外部时钟模式（外部输入脚TIx、外部触发输入ETR）和内部触发输入（ITRx）等。时钟源的选择决定了定时器的计数频率。

（2）计数过程
通用定时器内部有一个计数器，它根据所选的时钟源进行计数。计数器的计数模式可以是向上计数、向下计数或者向上/向下双向计数（中心对齐模式）。

a.向上计数模式：计数器从0开始计数，当计数到自动加载值（TIMx_ARR）时，计数器溢出并重新从0开始计数，同时产生一个计数器溢出事件。
b.向下计数模式：计数器从自动加载值（TIMx_ARR）开始向下计数，当计数到0时，计数器重新从自动加载值开始计数，并产生一个计数器向下溢出事件。
c.中心对齐模式：计数器从0开始计数到自动加载值-1时，产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到1时，再次产生一个计数器溢出事件。之后计数器从0开始重新计数。
（3）输入捕获与输出比较
通用定时器具有输入捕获和输出比较功能，这些功能通过定时器的输入捕获通道和输出比较通道实现。

a.输入捕获：输入捕获通道可以捕获外部信号的边沿，并记录捕获时刻计数器的值。这可以用于测量输入信号的脉冲宽度或频率。
b.输出比较：输出比较通道可以将计数器的值与预设的比较值进行比较，当两者相等时，可以产生输出信号或触发中断。这可以用于生成PWM波形或控制外部设备的开关。

二.定时器实验

1.任务要求

之前作业中的延时功能都是通过循环、delay/Hal_delay函数等实现，本次作业通过定时器Timer方式实现时间的精准控制，相当于给CPU上了一个闹钟，CPU平时处理其它任务，当定时时间到了以后，处理定时相关的任务。请设置一个5秒的定时器，每隔5秒从串口发送“hello windows！”；同时设置一个2秒的定时器，让LED等周期性地闪烁，实现一个多任务并发运行的功能。