STM32 定时器(单脉冲模式)

⚙️ ​一、实现原理​

1. ​重复计数器（RCR）的作用​

   • RCR 是高级定时器独有的寄存器，用于控制更新事件（Update Event, UEV）​​ 的触发频率。
   • ​工作流程​：
     • 每次定时器溢出（上溢或下溢）时，RCR 值自动减 1。
     • 当 RCR 递减至 ​0​ 后，下一次溢出时触发更新事件（UEV），并可能停止定时器。

2. ​脉冲数与 RCR 的关系​

   • ​关键公式​：输出脉冲数=N=TIM_RepetitionCounter+1
     • 例如：设置 TIM_RepetitionCounter = 9 → 输出 ​10​ 个脉冲后停止。
   • ​原因​：
     • 定时器从初始值开始计数，每溢出一次产生一个完整脉冲。
     • RCR 的递减从初始值 N−1 开始，需经过 N 次溢出才能归零并触发停止条件。

3. ​停止机制​

   • 若启用单脉冲模式（OPM）​，在 RCR 归零后的更新事件中，定时器自动停止计数并关闭输出。

---

🔧 ​二、配置步骤（标准库示例）​​

1. ​基础定时器配置​

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct;
TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period                 = 999;                // ARR值（决定PWM周期）
TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler              = 71;                 // PSC值（72MHz→1MHz）
TIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode            = TIM_CounterMode_Up; // 递增模式
TIM_TimeBaseStruct.TIM_ClockDivision          = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStruct.TIM_RepetitionCounter      = N-1;                // 输出N个脉冲
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStruct);                        // 初始化定时器

• ​关键点​：
  • TIM_Period 和 TIM_Prescaler 决定单个脉冲的周期（频率）。

2. ​启用单脉冲模式​

TIM_SelectOnePulseMode(TIM1, TIM_OPMode_Single); // 单脉冲模式：输出完成后停止

• ​作用​：确保输出 N 个脉冲后定时器自动停止。

3. ​配置PWM输出通道​

	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCStruct;
    TIM_OCStruct.TIM_OCMode 				= TIM_OCMode_PWM1;        // PWM模式1
    TIM_OCStruct.TIM_OutputState 			= TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCStruct.TIM_Pulse 					= 500;                     // 占空比50%（CCR=500）
    TIM_OCStruct.TIM_OCPolarity 			= TIM_OCPolarity_Low;
    TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCStruct);

• ​说明​：占空比由 TIM_Pulse（CCR值）独立控制，与脉冲数无关。

4. ​启动定时器​

TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);  // 高级定时器需使能主输出
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);             // 启动定时器

5. ​完整可用代码

// 引脚定义
#define PWM_PIN         GPIO_Pin_9       // PA9(TIM1_CH21)
#define PWM_PORT        GPIOA

// 定时器配置函数
void TIM1_OPM_Config(uint16_t pulse_count) 
{

    // 1. 使能时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1 | RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

    // 2. 配置PA8为复用推挽输出
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin 							= PWM_PIN;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode 							= GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed 							= GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(PWM_PORT, &GPIO_InitStruct);

    // 3. 定时器时基配置
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct;
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period 						= 999;              // ARR：PWM周期=1000个计数
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler 					= 71;            	// PSC：72MHz/(71+1)=1MHz → 1us计数
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_ClockDivision 				= TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode 					= TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_RepetitionCounter 			= pulse_count - 1; // 输出脉冲数=pulse_count
    TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStruct);

    // 4. 配置单脉冲模式
    TIM_SelectOnePulseMode(TIM1, TIM_OPMode_Single);  // 单次脉冲后停止

    // 5. PWM通道配置
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCStruct;
    TIM_OCStruct.TIM_OCMode 							= TIM_OCMode_PWM1;        // PWM模式1
    TIM_OCStruct.TIM_OutputState 						= TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCStruct.TIM_Pulse 								= 500;                     // 占空比50%（CCR=500）
    TIM_OCStruct.TIM_OCPolarity 						= TIM_OCPolarity_Low;
    TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCStruct);

    // 6. 使能主输出（高级定时器必需）
    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);                 // 

    // 7. 配置更新中断（可选）
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel 					= TIM1_UP_IRQn;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 	= 1;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority 			= 1;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd 					= ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
	
    TIM_ITConfig(TIM1, TIM_IT_Update, ENABLE);

    // 8. 初始化时禁用定时器
    TIM_Cmd(TIM1, DISABLE);
}

// 触发一次脉冲序列
void TIM1_TriggerPulse(void) 
{
    TIM_Cmd(TIM1, DISABLE);           					// 先停止定时器
    TIM_SetCounter(TIM1, 0);          					// 计数器归零
    TIM_GenerateEvent(TIM1, TIM_EventSource_Update); 	// 强制更新事件
    TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);            					// 启动定时器
}

// 中断服务函数
volatile uint8_t pulse_complete = 0;
void TIM1_UP_IRQHandler(void) 
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_Update)) 
	{
        TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_Update);
        pulse_complete = 1;  // 标记脉冲完成
        // 此处可添加脉冲结束后的处理代码
    }
}


int main(void) 
{
    // 初始化系统时钟（根据实际晶振配置）

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_3);
	Key_GPIO_Config();
    // 配置输出10个脉冲
    TIM1_OPM_Config(5); 

    while (1) {
        // 示例：按键触发脉冲
        if( Key_Scan(KEY1_GPIO_PORT,KEY1_GPIO_PIN) == KEY_ON) 
		{
//            pulse_complete = 0;
            TIM1_TriggerPulse();
            
            // 等待脉冲完成（可选）
//            while(!pulse_complete);
        }
    }
}

---

⚡️ ​三、工作流程​

1. ​计数阶段​

   • 定时器从 0 开始递增，每达到 ARR 值（周期结束）产生一个完整脉冲，同时 RCR 减 1。
   • ​示例​（N=10）：
     • 第 1 个脉冲 → RCR 值从 9 减至 8
     • 第 9 个脉冲 → RCR 值从 1 减至 0
     • 第 10 个脉冲 → 溢出时触发更新事件（RCR=0）。

2. ​停止阶段​

   • 当 RCR 归零后的下一次溢出时：
     • 触发更新事件（UEV）。
     • 单脉冲模式生效，定时器停止计数，PWM 输出关闭。

---

🔌 四、GPIO_Mode_AF_PP：复用推挽输出模式​

​作用与原理​：
在用户代码中，引脚配置为GPIO_Mode_AF_PP（复用推挽输出）是为了将PA9（TIM1_CH2）​​ 作为定时器的PWM输出引脚。以下是关键原因：

1. ​硬件自动控制​

   • 复用模式（Alternate Function）表示引脚由外设（如TIM1）直接控制电平，而非CPU软件控制。
   • 推挽输出（Push-Pull）结构由P-MOS和N-MOS管组成，可主动输出高/低电平，驱动能力强（如驱动LED、电机驱动器）。

2. ​适用场景​

   • ​PWM输出​：如定时器的PWM信号（TIM1_CH2），需硬件自动生成精确波形，无需CPU干预。
   • ​高速信号​：推挽结构支持高电平切换速度（50MHz），适合PWM等时序敏感应用。

3. ​配置要点​

   • ​复用功能映射​：必须调用GPIO_PinAFConfig()（用户代码未显式调用，但HAL库可能内部处理）。
   • ​速度配置​：GPIO_Speed_50MHz确保PWM边沿陡峭，减少信号失真。

✅ ​为何不用普通推挽输出（GPIO_Mode_Out_PP）？​​
普通推挽需CPU写寄存器控制电平，而PWM要求硬件自动生成精确波形，CPU无法实时响应。

⚡ ​五、TIM_GenerateEvent(TIM1, TIM_EventSource_Update)：强制更新事件​

​作用与原理​：
在TIM1_TriggerPulse()函数中，此操作通过软件触发更新事件（Update Event）​，实现寄存器值的立即生效：

1. ​更新事件的功能​

   • 将预装载寄存器（ARR、PSC、CCR）的值同步到影子寄存器（实际生效的寄存器）。
   • 复位计数器（CNT）为0，并清除状态标志。

2. ​为何需要强制触发？​​

   • ​单脉冲模式要求​：
     • 用户配置了TIM_SelectOnePulseMode(TIM1, TIM_OPMode_Single)，表示定时器在输出指定脉冲数后自动停止。
     • 每次启动新脉冲序列前，需复位计数器（CNT）并重载参数（如TIM_RepetitionCounter = pulse_count - 1）。
   • ​避免首次脉冲异常​：
     若不强制更新，首次脉冲的周期可能使用旧参数（影子寄存器未更新）。

⚠️ ​六、注意事项​

1. ​仅支持高级定时器​

   • RCR 功能仅限 ​TIM1/TIM8​（STM32F1/F4系列），通用定时器需用中断或主从模式替代。

2. ​RCR 取值范围​

   • RCR 值通常为 ​0~255​（具体取决于型号），超出范围可能导致行为异常。

3. ​与中断的配合​

   • 若需在脉冲结束后执行任务（如关闭外设），可启用更新中断：

     TIM_ITConfig(TIM1, TIM_IT_Update, ENABLE); // 使能更新中断

     • 中断中检测 RCR 状态并处理后续逻辑。

4. ​频率与脉冲数的平衡​

   • 高频率 PWM 时，RCR 值不宜过大（避免计数器溢出）。
   • ​最大脉冲数​ = (ARR+1)×(RCRmax​+1)，受限于定时器位数。

---

💎 ​总结​

通过 ​TIM_RepetitionCounter = N-1 实现固定脉冲输出的核心是：

• ​硬件自动递减​：RCR 在每次溢出时减 1，零值触发更新事件。
• ​单脉冲模式​：更新事件中自动停止定时器，确保精确输出 N 个脉冲。
• ​完全硬件控制​：规避了软件中断的延迟误差，适用于步进电机驱动、精密脉冲发生器等高精度场景。

配置时需严格匹配单脉冲模式与 RCR 值，并验证目标定时器是否支持该功能。实测可通过示波器观察输出脉冲数量及占空比稳定性。