STM32学习——通用定时器

本文详细介绍了STM32F1系列中的通用定时器(TIM2、TIM3、TIM4和TIM5)的功能和工作原理。包括16位自动装载计数器、可编程预分频器、独立通道功能等,并解释了如何利用这些特性实现输入捕获、输出比较及PWM生成等功能。

STM32学习——通用定时器

STM32F1拥有三种定时器,即高级定时器,通用定时器,基本定时器。常用的定时器:通用定时器。
且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。
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这里我们主要介绍通用TIMx定时器功能和工作过程。

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功能

STM3F1 的通用 TIMx (TIM2、TIM3、TIM4 和 TIM5)定时器功能包括:
1)16 位向上、向下、向上/向下自动装载计数器(TIMx_CNT)。
2)16 位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx_PSC),计数器时钟频率的分频系数为 1~ 65535 之间的任意数值。
3)4 个独立通道(TIMx_CH1~4),这些通道可以用来作为:
A.输入捕获
B.输出比较
C.PWM 生成(边缘或中间对齐模式)
D.单脉冲模式输出
4)可使用外部信号(TIMx_ETR)控制定时器和定时器互连(可以用 1 个定时器控制另外 一个定时器)的同步电路。
5)如下事件发生时产生中断/DMA:
A.更新:计数器向上溢出/向下溢出,计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)
B.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)
C.输入捕获
D.输出比较
E.支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路
F.触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理

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工作过程

首先见通用定时器整个工作过程图。我们来对它一一解析。
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[ ] 定时器计数时钟部分

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它拥有四个时钟源:
1)内部时钟(CK_INT),来自RRC的TIMxCLK,TIMxCLK是由APB1分频所得
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2)外部引脚输入 ,TIMx_ETR 所对应的引脚可通过查找STM32芯片资料.外部引脚输入主要争对TIM2、TIM3、TIM4 定时器,TIM5没有这个功能
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3)内部触发输入口
ITR1/ ITR2/ ITR3/ ITR4
它是由其他定时器的时钟来作为时钟源,实际上,它是由其他定时器的TRGO连到了ITRx输入口。
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4)外部捕捉比较引脚
TI1FP1 /TI1F_ED / TI2FP2
他们最终来自定时器独立通道(TIMx_CH1~4)
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四个时钟源中用得比较多的是内部时钟源;
它们通过触发控制器作为时基单元的时钟输入。

[ ] 时基单元
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首先CK_PSC通过PSC预分频器得到CN_CNT。CN_CNT为CNT计数器的最终时钟。
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然后CNT计数器在CN_CNT的控制下进行计数,CNT计数器可以向上计数、向下计数、向上向下双向计数模式。从0计数到自动装载值。计数到自动装载值时,会有事件溢出,由时间发生我们可以触发中断。
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[ ] 输入捕捉模式
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【】输出比较模式

打个比方,假如定时器自动装载值为100,从下往上计数,设捕获比较寄存器的值为50,拿计数值与50比较,
如果大于50,我们就控制相应的通道输出高电平,如果比50小,则输出低电平。
因为我们计数器是不停在计数,不停在加载,就产生一个连续的波形。如果我们要调整波形的占空比我们可以调整捕获比较寄存器的值;如果我们要调整这个脉冲的周期,我们就调整自动装载值。
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注意同一个独立通道要么用作输入捕捉,要么用作输出比较,不能同时用。

### 配置定时器以实现精确延时 在STM32CubeMX中配置定时器用于实现精确延时涉及几个关键步骤。首先,在硬件抽象层(HAL)固件库中,仅提供基于Systick的`HAL_Delay()`函数用于毫秒级延时[^2]。然而,对于微秒级别的高精度延时需求,则推荐使用其他通用定时器而非改动Systick设置。 #### 选择合适的定时器并初始化 当决定利用定时器来进行精准延时时,应当注意挑选一个未被占用的定时器实例,并对其进行适当初始化。这一步骤通常是在STM32CubeMX图形界面完成: - 打开项目后转至“Pinout & Configuration”标签页; - 寻找并点击所需使用的定时器组件(例如TIM2,TIM3等),随后弹出窗口允许调整各项参数设定; - 设置定时器的工作模式为向上计数(Up Counter),这样可以方便地计算到达特定数值的时间间隔; - 调整预分频系数(PSC)和自动重装载寄存器(ARR)值来定义所需的延迟时间长度。具体公式如下所示: \[ \text{Delay Time} = (\text{PSC} + 1) * (\text{ARR} + 1) / f_{\text{CLK}} \] 其中\(f_{\text{CLK}}\)代表输入给定定时器模块的实际工作频率。 ```cpp // 假设需要创建一个持续时间为1us的延时 void delay_us(uint32_t us){ __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2,0); // 将计数器清零 while (__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2)<us*84){}; //假设APB1=84MHz } ``` 上述代码片段展示了如何通过读取当前计数值并与预期的目标比较从而达到指定时间段内的等待效果。这里假定了系统总线频率(APB1)=84MHz的情况下的转换关系。 #### 启用中断服务例程(ISR) 如果希望进一步提高效率或者执行更复杂的逻辑处理,还可以考虑启用定时器产生的更新事件触发相应的ISR响应机制。这意味着可以在每次计满周期结束时调用预先注册好的回调函数去完成某些任务而不必一直阻塞主线程运行流程。 #### 注意事项 务必确认所选晶振频率与实际硬件匹配无误,这是确保整个系统的稳定性和准确性的重要前提条件之一。
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