STM32 时钟 定时器基础

• STM32 —— Clock Tree

  时钟源

  1. HSI：（High Speed Internal）内部的 RC 震荡电路产生时钟信号。
  2. HSE：（High Speed External） 外部晶振产生时钟信号。

  采用外部晶振信号原因在于：

  1. 晶振信号准确度更高
  2. 部分外设只能在晶振信号下工作

  3. LSE：（Low Speed External）外部晶振
  4. LSI：（Low Speed Internal）内部 RC

  

  以上图为例：

  1. 低速时钟信号提供给 RTC （Real Time Clock）和 IWDG
  2. 高速时钟信号，经过时钟选择器（System Clock Mux），输出给 SYSCLK 。SYSCLK分频（AHB Prescaler ）作为 AHB 时钟信号。AHB 信号经过分频作为 APB1 与 APB2 时钟信号。

  CubeMX 设置

  RCC

  时钟源有两种提供方式：Crystal 和 BYPASS 。Crystal 就是石英晶振，两条线接入 OSC_IN 和 OSC_OUT 。而 BYPASS （官方文档也称为 External Source ），则是只提供 OSC_IN 和 OSC_OUT 引脚悬空。

  RCC 下面的 Master Clock Output 则是可以让 RCC_MCO 输出时钟信号，给其它外设使用。

  如果用一块 STM32 给另一块板子提供时钟信号，那么从设备就应该选择 BYPASS 。

  SYS

  下面有 Timebase Source ，选择作为系统时钟的时钟源。系统时钟中断产生周期由一下语句确定

  HAL_SYSTICK_Config(SystemCoreClock / (1000U / uwTickFreq));
  

  SystemCoreClock 变量由 SystemCoreClockUpdate() 函数维护。每当 SysTick 提供时钟改变时，此变量也会相应改变。手动修改时注意。

  定时器

  定时器是 MCU 中自主运行（free-running）的计数器。其时钟源可以来自以下三个方面：

  1. 内部时钟，也就是 Timer 所在的总线。
  2. 外部时钟源。
  3. 其余定时器作为时钟源。

  定时器分类

  更高级的定时器继承了低级定时器的所有功能。

  Basic Timers

  Basic Timers are 16-bit timers used as time base generator, and they do not have output/input pins. Basic timers can also be used as “master” for other timers.

  基本定时器从 0 计数到 Period 值，计数频率由挂载的是时钟总线决定，并可由 Prescalar 分频。当溢出时会产生 Update Event(UEV) 中断，并自动从初值（0）开始计数。

  基础定时器的主要结构由三个寄存器构成—— Counter Register (TIMx_CNT，当前计数值) / Prescaler Register (TIMx_PSC，预分频) / Auto-Reload Register (TIMx_ARR，溢出比较值)。当定时器使能后，每一个寄存器都可由软件读写。

  

  PSC 的值存放在 Prescaler Control Register 里，当产生更新事件时，才会装载到 Prescaler Buffer 中，并在下一个计数周期内产生作用。

  更新事件 （Update Event，UEV）

  更新事件产生与否由 CR1 中 UDIS 位决定。当此位使能后，更新事件可由以下三种方式产生：

  1. 计数器上溢出或者下溢出。
  2. 设置 EGR 寄存器中的 UG 位。
  3. 从设备 (slove mode) 产生。

  当更新事件产生后，CNT 清 0 ，自动装载影子寄存器由 ARR 装载，预分频缓存由预分频寄存器装载。设置中断标志位（如果 SR 寄存器的 UIF 使能）

  EGR 寄存器 (Event Generation Register) 可由软件设置，由硬件自动清除。如果用软件将其末位置 1，会重置这个定时器并产生更新事件。（预分频计数器也会被重置）

  CubeMX 配置

  

  • Prescalar ：将总线的时钟频率分频后作为定时器的时钟频率。
  • Period ： 定时器的计数上限。

$$UpdateEvent=\frac{Time{r}_{clock}}{(Prescalar+1)(Period+1)}Hz$$

• CounterMode： 指定计数方式。上升、下降、中间对齐。
• auto-reload preload ：APRE 位；是否预先装载。ARR 实际上有两个寄存器，一个是可以直接操作，另一个无法直接操作的。根据 TIMx_CR1 寄存 器中 APRE 位的设置：APRE=0 时，预装载寄存器的内容可以随时传送到影子寄存器，此时 2 者是连通的；而 APRE=1 时，在每一次更新事件（UEV）时，才把预装在寄存器的内容传送到影子寄存器。

使用

• 中断方法

作为基本定时器，每隔一段时间产生一次中断。中断产生频率由 Period 和 Prescalar 确定。HAL_TIM_Start_IT 开始中断传输；定时器溢出（计数到 Period）后，产生UIF中断（或者由 __HAL_TIM_GET_FLAG(htim, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET 判断）。

采用 STM32 HAL 库编程时，中断处理有对应的回调函数。在回调函数中判断传入的设备号后执行相应的代码。

中断处理结束后，记得清楚其标志位。 __HAL_TIM_CLEAR_IT(htim, TIM_IT_UPDATE)。

• Polling 方法

轮询时，使用大于等于判断；这主要是由于 CPU 执行需要消耗时间，很难精确读到某个值。采用函数读取 __HAL_TIM_GET_COUNTER(&tim) 计数器的值。

• DMA Mode

采用 DMA，能释放 CPU 更多资源（CPU 不用去处理定时器频繁的中断）。应用于诸如 PWM 场景。

定时器 DMA 请求设定是 __HAL_TIM_ENABLE_DMA 。是设置定时器寄存器 DIER 寄存器相应位，开启 DMA 请求。与中断类似，在定时器计数溢出时，会发出 DMA 请求，DMA 依据配置执行数据传送。

HAL 库中无法使能基本定时器，给控制寄存器赋值后没有反应。

General Purpose Timers

通用定时器可以采用外部时钟源作为定时器的计数信号。

外部时钟源

• External Clock Mode2 (ETR2)

当选择 Clock Source 为 ETR2 时，定时器采用外部时钟源。额外多出下面三个参数：

• Clock Filter 设置的是 SMCR 寄存器的 ETF 位，具体见参考手册。默认置 0 即可。
• Clock Polarity 信号源是否反转，设置的是 SMCR 寄存器的 ETP 位。
• Clock Prescaler 输入时钟信号的预分频。

也可以采用内部其它定时器提供的信号作为另一个定时器的时钟源

• External Clock Mode1 (ETR1)

在 ETR1 模式下的定时器能够接受内部 ITR0 ~ ITR3 的信号与 TI1FP1 与 TI2FP2 外部信号源。参数配置与 ETR2 相同。如果选择内部线的话，需要配置主定时器，会用到 Trigger Event Selection。

• Trigger Event Selection：主从设备设置时使用，本质上设置的是 CR2 寄存器。选择 Reset，是将主定时器 EGR 寄存器的 UG 位作为触发信号，也就是主定时器重置时，从定时器触发一次。Update Event，主定时器的更新事件作为触发信号，当主定时器溢出时触发从定时器。Enable，主定时器的使能位作为触发信号，主定时器使能触发从定时器更新。

从定时器被触发时可以使能相应的中断，可以编写 HAL_TIM_TriggerCallback 中断函数处理。

• 软件强制生成事件

设置定时器的 EGR 寄存器可以强制其生成事件。 HAL 库提供 HAL_TIM_GenerateEvent。强制生成事件可以：

1. 若生成更新事件，可以让 ARR 寄存器值装载到影子寄存器中。可以让主寄存器触发从寄存器。

Advanced Timers

typedef struct { 
    uint32_t Prescaler; /* Specifies the prescaler value used to divide the TIM clock. */ 
    uint32_t CounterMode; /* Specifies the counter mode.*/ 
    uint32_t Period; /* Specifies the period value to be loaded into the active Auto-Reload Register at the next update event.*/ 
    uint32_t ClockDivision; /* Specifies the clock division.*/ 
    uint32_t RepetitionCounter; /* Specifies the repetition counter value.*/ 
} TIM_Base_InitTypeDef; 

typedef struct { 
    TIM_TypeDef* Instance; /* Pointer to timer descriptor */ 
    TIM_Base_InitTypeDef Init;/* TIM Time Base required parameters */ 
    HAL_TIM_ActiveChannel Channel; /* Active channel*/ 
    DMA_HandleTypeDef* hdma[7]; /* DMA Handlers array*/ 
    HAL_LockTypeDefLock;/* Locking object*/ 
    __IO HAL_TIM_StateTypeDef State; /* TIM operation state*/ 
} TIM_HandleTypeDef; 

• ClockDivision： 外部输入时钟信号与内部计数时钟信号之间的分频系数。

HAL_TIM_IRQHandler 可以适当剪裁，其功能有些多余。

• hdma ：计数器有七种 DMA 请求，与这个数组一一对应。

中断处理

HAL 采用统一的定时器中断处理函数，按如下划分中断事件。每个 IF 语句中有回调函数，只需要定义回调函数处理对应中断事件即可。