STM32定时器应用教程

前言

定时器是微控制器中的一种重要外设，用于测量时间间隔或生成精确的时间延迟。在STM32微控制器中，定时器具有多种功能和应用，是嵌入式系统开发中的基础内容。

一、定时器基本介绍

1. STM32定时器

STM32微控制器提供了多种类型的定时器，包括基本定时器、通用定时器和高级控制定时器。这些定时器可以用于定时、计数、PWM输出等多种应用。

2. 通用定时器功能和特点

通用定时器具有以下功能和特点：

• 多种计数模式（向上计数、向下计数、中央对齐模式）

• 可编程的预分频器

• 自动重装载功能

• 输入捕获和输出比较功能

• 支持产生更新事件和中断

3. 计数器模式

定时器可以配置为不同的计数模式，如向上计数模式、向下计数模式和中央对齐模式。在向上计数模式中，计数器从0开始计数，达到预设值后重新从0开始。在向下计数模式中，计数器从预设值开始计数，减到0后重新从预设值开始。

4. 定时器工作原理

a. 定时器框图

定时器的基本框图包括时钟产生器、时基单元、输入捕获通道和输出比较通道等部分。

b. 时钟产生器部分

时钟产生器部分负责为定时器提供时钟信号，可以通过内部时钟、外部时钟或外部触发信号作为时钟源。

c. 时基单元

时基单元包括预分频器和自动重装载寄存器，用于生成精确的时间间隔。

d. 输入捕获通道

输入捕获通道用于捕获外部信号的边沿，可以用于测量外部信号的频率或脉宽。

e. 输出比较通道（PWM）

输出比较通道可以生成PWM信号，用于控制电机、LED等设备。

二、定时器中断应用

1. 内部时钟选择

定时器可以使用内部时钟作为时钟源，通过配置时钟控制寄存器（CR1）选择内部时钟。

2. 计数器模式

定时器可以配置为向上计数模式或向下计数模式，通过配置计数器模式寄存器（CR1）选择计数模式。

3. 定时器中断实验相关寄存器

定时器中断实验主要涉及以下寄存器：

• 控制寄存器（CR1）

• 预分频器寄存器（PSC）

• 自动重装载寄存器（ARR）

• 中断使能寄存器（DIER）

• 状态寄存器（SR）

• 中断清除寄存器（EGR）

4. 常用库函数

STM32标准外设库提供了一系列函数用于定时器配置，如TIM_TimeBaseInit、TIM_ITConfig、TIM_Cmd等。

TIM_TimeBaseInit:

• 功能: 初始化定时器的基本结构，包括预分频器、自动重装载寄存器、计数模式等。
• 函数原型:

  void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);
  

• 参数:

  • TIMx: 定时器外设，例如 TIM1, TIM2 等。

  • TIM_TimeBaseInitStruct: 指向 TIM_TimeBaseInitTypeDef 结构体的指针，包含定时器的配置信息。

TIM_ITConfig:

功能: 配置定时器的中断，使能或禁用指定的中断。

• 函数原型:

  void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState);
  

• 参数:

  • TIMx: 定时器外设，例如 TIM1, TIM2 等。

  • TIM_IT: 指定要使能或禁用的中断，可以是更新中断、触发中断等。

  • NewState: 新的状态，可以是 ENABLE 或 DISABLE。

TIM_Cmd:

• 功能: 使能或禁用指定的定时器。

• 函数原型:

  void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);
  

• 参数:

  • TIMx: 定时器外设，例如 TIM1, TIM2 等。

  • NewState: 新的状态，可以是 ENABLE 或 DISABLE。

5. 定时器中断实现步骤

1. 初始化定时器，配置时钟源、预分频器和自动重装载值。

2. 配置定时器中断，使能更新中断。

3. 配置NVIC，使能定时器中断。

4. 在中断处理函数中添加处理代码。

6. 应用实例

#include "stm32f10x.h"

void TIM2_Init(uint16_t arr, uint16_t psc) {
    // 使能TIM2时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    // 配置定时器
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr - 1; // 自动重装载值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc - 1; // 预分频器
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 使能TIM2更新中断
    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

    // 使能TIM2
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

void NVIC_Configuration(void) {
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 设置优先级分组
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

    // 配置TIM2中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

void TIM2_IRQHandler(void) {
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) {
        // 清除中断标志
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);

        // 在此处添加定时器中断处理代码
        GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_1, (BitAction)(1 - GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1)));
    }
}

int main(void) {
    // 初始化GPIO
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置NVIC
    NVIC_Configuration();

    // 初始化TIM2，设置定时周期为1s
    TIM2_Init(1000, 7200);

    while (1) {
        // 主循环
    }
}

三、定时器PWM输出实验

1. 通用定时器PWM概述

通用定时器可以配置为PWM模式，生成脉宽可调的PWM信号，用于控制电机、LED等设备。

2. PWM模式

PWM模式通过输出比较通道实现，可以配置为边沿对齐模式或中央对齐模式。在边沿对齐模式中，PWM信号在一个计数周期内只有一个跳变沿。在中央对齐模式中，PWM信号在一个计数周期内有两个跳变沿。

3. 相关寄存器介绍

PWM模式主要涉及以下寄存器：

• 控制寄存器（CR1）

• 输出比较模式寄存器（CCMR）

• 输出比较寄存器（CCR）

• 输出使能寄存器（CCER）

4. 定时器输出通道引脚

通用定时器的每个通道都有一个对应的输出引脚，如TIMx_CH1、TIMx_CH2等。

5. 定时器PWM库函数配置

STM32标准外设库提供了一系列函数用于PWM配置，如TIM_OCInit、TIM_OC1PreloadConfig、TIM_ARRPreloadConfig等。

6. 实例

#include "stm32f10x.h"

void TIM2_PWM_Init(uint16_t arr, uint16_t psc) {
    // 使能TIM2时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    // 使能GPIOA时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置PA0为复用推挽输出
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置定时器
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr - 1; // 自动重装载值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc - 1; // 预分频器
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 配置PWM模式
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = arr / 2; // 设置占空比
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

    // 使能TIM2
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

int main(void) {
    // 初始化TIM2，设置定时周期为1ms，PWM频率为1kHz
    TIM2_PWM_Init(1000, 7200);

    while (1) {
        // 主循环
    }
}

总结

STM32定时器是嵌入式系统开发中的基础内容，通过定时器，开发者可以实现精确的时间控制、PWM输出等功能。本文介绍了STM32定时器的基本概念、分类、工作方式、使用方法、通道，并通过多个示例展示了如何使用STM32定时器进行中断和PWM输出应用。希望这篇文章能帮助你更好地理解STM32定时器应用开发。