【GD32】 TIMER通用定时器学习+PWM输出占空比控制LED

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已于 2024-06-14 15:08:08 修改

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#学习 #单片机 #嵌入式硬件

于 2024-06-13 18:32:12 首次发布

扩展：对PWM波形的输出进行捕获

一、简介

基本定时器和系统时钟配置可以参考我的上一篇文章，
文章链接为：
【GD32系列–基本定时器Timer + 定时1ms 灯光间隔1s闪烁例程】
【GD32】_时钟架构及系统时钟频率配置
下表为各定时器的差异，以通用定时器TIME1为例。
在这里插入图片描述
由上表可知通用定时器也分为四大类，黑圈代表具有此功能，x代表无此功能，一目了然。
由系统框图可知TIMER5 TIMER1 TIMER2 TIMER13均挂在APB1总线下。
而TIMER0/TIMER14/15/16均挂在APB2总线下。
由图可见APB1 和APB2的预分频系数均为2，即： RCU_APB1_CKAHB_DIV2，即 PCLK1=36M。

本例程系统时钟为72MHZ，因此定时器的时钟源： CK_TIMER=36*2=72MHZ

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TIMER1 and TIMER2是4通道定时器，
每个通道均可配置模式：输入捕获模式，输出比较模式，可编程的PWM模式，单脉冲模式；
具有自动重装载功能。
时钟源有4种：内部时钟，内部触发，外部输入，外部触发；
计数器宽度：16位(TIMER2)，32位(TIMER1)；

二、具体功能描述

1、时钟源的选择：

通用定时器L0可以由内部时钟源TIMER_CK或者由SMC（TIMERx_SMCFG寄存器位[2:0]）控制的复用时钟源驱动。

通用定时器L0可以由内部时钟源TIMER_CK驱动，若禁能禁能从模式（SMC[2:0]==3’b000），默认用来驱动计数器预分频器的是内部时钟源CK_TIMER。当CEN置位，CK_TIMER经过预分频器产生PSC_CLK。

也可以选择外部时钟模式。

2、预分频器：

预分频器可将定时器的时钟（TIMER_CK)频率按1到65536之间的任意值分频，分频后的时钟PSC_CLK驱动计数器计数。分频系数受预分频寄存器TIMERx_PSC控制，这个控制寄存器带有缓冲器，它能够在运行时被改变。

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3、计数模式：

有三种：向上计数、向下计数和中央计数

向上计数模式：

a、计数器从0向上计数到自动加载值（在TIMERx_CAR寄存器定义），一旦计数达到自动加载值，会重新从0开始向上计数并产生上溢事件。（此时TIMERx_CTL0寄存器中的计数方向控制位DIR应设置为0）

b、当通过TIMERx_SWEVG寄存器的UPG位置1来设置更新事件时，计数值会被清0，并产生新事件。（如果TIMERx_CTL0寄存器的UPDIS置1，则禁止更新事件。）

c、当发生更新事件时，所有的寄存器(自动重载寄存器，预分频寄存器)都将被更新。

示例：，当TIMERx_CAR=0x63时，即自动加载值为0x63时，计数器在不同预分频因子下的状态。
在这里插入图片描述

向下计数模式：

a、计数器从自动加载值（在TIMERx_CAR寄存器定义）向下连续计数到0，一旦计数到0，计数器会重新从自动加载值开始计数并产生下溢事件。（此时TIMERx_CTL0寄存器中的计数方向控制位DIR应设置为1）

b、当通过TIMERx_SWEVG寄存器的UPG位置1来设置更新事件时，计数值会被初始化为自动加载值，并产生新事件。（如果TIMERx_CTL0寄存器的UPDIS置1，则禁止更新事件。）

c、当发生更新事件时，所有的寄存器(自动重载寄存器，预分频寄存器)都将被更新。

示例：，当TIMERx_CAR=0x63时，即自动加载值为0x63时，计数器在不同预分频因子下的状态。

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中央对齐模式：

a、在此模式下，计数器交替的从0开始向上计数到自动加载值，然后在向下计数到0。
（具体为：向上计数模式中，在计数器技术到（自动加载值-1）时产生一个上溢事件；向下计数模式中，在计数器计数到1时产生一个下溢事件。）此时TIMERx_CTL0 寄存器中的计数方向控制位DIR只读，表明了的计数方向。计数方向被硬件自动更新。

b、将TIMERx_SWEVG寄存器的UPG位置1可以初始化计数值为0，并产生一个更新事件，而无需考虑计数器在中央模式下是向上计数还是向下计数。如果 TIMERx_CTL0 寄存器的 UPDIS 置 1，则禁止更新事件。

上溢或者下溢时，TIMERx_INTF 寄存器中的 UPIF 位都会被置 1，然而 CHxIF 位置 1 与
TIMERx_CTL0 寄存器中 CAM 的值有关。

c、当发生更新事件时，所有的寄存器(自动重载寄存器，预分频寄存器)都将被更新。

在这里插入图片描述

4、捕获/比较通道

通用定时器的基本计时功能与基本定时器的工作方式相同，都是把时钟源经过预分频器输出到脉冲计数器 TIMx_CNT 累加，溢出时就产生中断或 DMA 请求。通用定时器比基本定时器多出的功能，是因为通用定时器多出了一种寄存器——捕获 / 比较寄存器 TIMx_CCR（capture/compare register），它在输入时被用于捕获（存储）输入脉冲在电平发生翻转时脉冲计数器 TIMx_CNT 的当前计数值，从而实现脉冲的频率测量；在输出时被用来存储一个脉冲数值，把这个数值用于与脉冲计数器TIMx_CNT 的当前计数值进行比较，根据比较结果进行不同的电平输出。

通用定时器L0有四个独立的通道用于捕获输入或比较输出是否匹配。
每个通道都围绕一个通道捕获比较寄存器建立，包括一个输入级，通道控制器和输出级。

 输入捕获模式

捕获模式允许通道测量一个波形时序，频率，周期，占空比等。
输入级包括一个数字滤波器，一个通道极性选择，边沿检测和一个通道预分频器。如果在输入引脚上出现被选择的边沿， TIMERx_CHxCV寄存器会捕获计数器当前的值，同时CHxIF位被置1，如果CHxIE = 1则产生通道中断。

在这里插入图片描述

配置步骤：
a、滤波器配置（TIMERx_CHxCAPFLT）
b、边沿选择（TIMERx_CHCTL2寄存器中CHxP/CHxNP）
c、捕获源选择（TIMERx_CHCTL0寄存器中CHxMS）：
d、中断使能（TIMERx_DMAINTEN寄存器中CHxIE和CHxDEN）：
使能相应中断，可以获得中断和DMA请求
e、捕获使能（TIMERx_CHCTL2寄存器中CHxEN）

结果：当期望的输入信号发生时，TIMERx_CHxCV被设置成当前计数器的值，CHxIF为置1。
如果CHxIF位已经为1，则CHxOF位置1。根据TIMERx_DMAINTEN寄存器中CHxIE和
CHxDEN的配置，相应的中断和DMA请求会被提出。

直接产生：软件设置CHxG位，会直接产生中断和DMA请求。

输入捕获模式也可用来测量TIMERx_CHx引脚上信号的脉冲波宽度。

 输出比较模式：

在输出比较模式，TIMERx可以产生时控脉冲，其位置，极性，持续时间和频率都是可编程的。当一个输出通道的CHxVAL寄存器与计数器的值匹配时，根据CHxCOMCTL的配置，这个通道的输出可以被置高电平，被置低电平或者反转。

当计数器的值与CHxVAL寄存器的值匹配时， CHxIF位被置1，如果CHxIE = 1则会产生中断，如果CHxDEN=1则会产生DMA请求。

配置步骤如下：
a：时钟配置：配置定时器时钟源，预分频器等。
b：比较模式配置：

设置CHxCOMSEN位来配置输出比较影子寄存器； 
设置CHxCOMCTL位来配置输出模式（置高电平/置低电平/反转）； 
设置CHxP/CHxNP位来选择有效电平的极性； 
设置CHxEN使能输出。

c：通过CHxIE/CHxDEN位配置中断/DMA请求使能。
d：通过TIMERx_CAR寄存器和TIMERx_CHxCV寄存器配置输出比较时基： CHxVAL可以在运行时根据你所期望的波形而改变。
e：设置CEN位使能定时器。

三种比较输出模式：反转/置高电平/置低电平，当设置：CAR=0x63, CHxVAL=0x3时。

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5、PWM模式

根据计数模式，我们可以分为两种PWM波：EAPWM(边沿对齐PWM)和CAPWM(中央对齐
PWM)
在 PWM 输出模式下（ PWM 模式 0是配置 CHxCOMCTL 为3’b110， PWM 模式 1 是配置CHxCOMCTL为3’b111），通道根据TIMERx_CAR寄存器和TIMERx_CHxCV寄存器的值，输出PWM波形。
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以PWM模式0、向上计数为例：定时器输出通道开始时是高电平，当计数器的值 > 输出比较寄存器的值时，输出通道变为低电平，直到计数器达到重装载寄存器的值，产生溢出并复位。
PWM模式1的电平和PWM模式0互补，向上计数和向下计数的区别是输出比较寄存器和重装载寄存器的