STM32_6（TIM）

职业法师头铁2023-11-24 8:16

TIM定时器（第一部分）

  • TIM（Timer）定时器
  • 定时器可以对输入的时钟进行计数，并在计数值达到设定值时触发中断
  • 16位计数器、预分频器、自动重装寄存器的时基单元，在72MHz计数时钟下可以实现最大59.65s的定时
  • 不仅具备基本的定时中断功能，而且还包含内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等多种功能
  • 根据复杂度和应用场景分为了高级定时器、通用定时器、基本定时器三种类型

定时器类型

STM32F103C8T6定时器资源：TIM1、TIM2、TIM3、TIM4

定时器结构图

基本定时器

内部时钟一般为72Mhz， 预分频器就是把时钟频率分频，最高可以65536， 比如预分配器是2，那么时钟频率为24Mhz，计时器等于自动重装载寄存器的时候，就是计时时间到了，那它就会产生中断信号，并且清零计数器，计数器自动开始下一次的计数计时。

有黑色阴影的就是带有影子寄存器的缓冲机制。

通用定时器

先初始化TIM3，然后使用主模式把它的更新事件映射到TRGO上，接着再初始化TIM2，这里选择ITR2，对应的就是TIM3的TRGO，然后后面再选择时钟为外部时钟模式1，这样TIM3的更新事件就可以驱动TIM2的时基单元，也就实现了定时器的级联。

高级定时器

原本的通用定时器最高时间为59秒多，现在有了重复计数计数器后，就还需要再乘65536，提升了定时时间。

右边的输出引脚，由原来的一个变为了两个互补的输出，可以输出一对互补的PWM波，这些电路为了驱动三相无刷电机。

DTG寄存器就是高级定时器对输出比较模块的升级。

DTG（Dead Time Generate）死区生成电路：在开关切换的瞬间，由于器件的不理想，造成短暂的直通现象，所以才加入DTG， 在开关切换的瞬间，产生一定时长的死区，让桥臂的上下管全部关断，防止直通现象。

定时中断基本结构

预分频器时序

计数器计数频率：CK_CNT = CK_PSC / (PSC + 1)

计数器时序

计数器溢出频率：CK_CNT_OV = CK_CNT / (ARR + 1)

把计数频率带入得 = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)

计时器有/无预装时序

ARPE就是控制有/无预装，0代表没有，1代表有

RCC时钟树

时钟树，STM32中用来产生和配置时钟，并且把配置好的时钟发送到各个外设的系统，时钟是所有外设运行的基础。

输出比较简介（第二部分）

  • OC（Output Compare）输出比较
  • 输出比较可以通过比较CNT与CCR寄存器值的关系，来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形
  • 每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输出比较通道
  • 高级定时器的前3个通道额外拥有死区生成和互补输出的功能

CCR（捕获比较寄存器）

PWM

  • PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制
  • 在具有惯性的系统中，可以通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的模拟参量，常应用于电机控速等领域
  • PWM参数：频率 = 1 / TS 占空比 = TON / TS 分辨率 = 占空比变化步距

输出比较通道

通用

高级

OC1和OC1N是两个互补的输出端口，分别控制上管和下管的导通和关闭。

输出比较模式

PWM基本结构

参数计算

PWM频率： Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)

PWM占空比： Duty = CCR / (ARR + 1)

PWM分辨率： Reso = 1 / (ARR + 1)

舵机简介

  • 舵机是一种根据输入PWM信号占空比来控制输出角度的装置
  • 输入PWM信号要求：周期为20ms，高电平宽度为0.5ms~2.5ms

直流电机及驱动简介

  • 直流电机是一种将电能转换为机械能的装置，有两个电极，当电极正接时，电机正转，当电极反接时，电机反转

  • 直流电机属于大功率器件，GPIO口无法直接驱动，需要配合电机驱动电路来操作

  • TB6612是一款双路H桥型的直流电机驱动芯片，可以驱动两个直流电机并且控制其转速和方向

硬件驱动电路

输入捕获简介（第三部分）

  • IC（Input Capture）输入捕获
  • 输入捕获模式下，当通道输入引脚出现指定电平跳变时，当前CNT的值将被锁存到CCR中，可用于测量PWM波形的频率、占空比、脉冲间隔、电平持续时间等参数
  • 每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输入捕获通道
  • 可配置为PWMI模式，同时测量频率和占空比
  • 可配合主从触发模式，实现硬件全自动测量
  • 对于输入捕获和输出比较寄存器，只能使用其中一个，不能同时使用

频率测量

测频法适合测量高频信号、测周法适合测量低频信号

主从触发模式

主模式可以将定时器内部的信号，映射到TRGO引脚，用于触发别的外设。

从模式是接收其他外设或者自身外设的一些信号，用于控制自身定时器的运行，也就是被别的信号控制。

触发源选择指定的一个信号得到TRGI，TRGI去触发从模式，从模式可以选择一项操作来自动执行。

输入捕获基本结构

输入捕获一般来捕获频率。

PWMI基本结构

TI1FP1配置上升沿触发，触发捕获和清零CNT，正常捕获周期 ，然后再把TI1FP2配置为下降沿触发，通过交叉通道，去触发通道2的捕获单元。

PWMI一般来捕获频率和占空比。

TIM编码器接口（第四部分）

  • Encoder Interface 编码器接口
  • 编码器接口可接收增量（正交）编码器的信号，根据编码器旋转产生的正交信号脉冲，自动控制CNT自增或自减，从而指示编码器的位置、旋转方向和旋转速度
  • 每个高级定时器和通用定时器都拥有1个编码器接口
  • 两个输入引脚借用了输入捕获的通道1和通道2

编码器测速一般应用在电机控制的项目上，使用PWM驱动电机，再使用编码器测量电机的速度，然后再用PID算法进行闭环控制。

一个编码器有两个输出，一个是A相，一个是B相，然后接入到STM32，定时器的编码器接口，编码器接口自动控制定时器时基单元中的CNT计数器进行自增或自减，比如初始化后，CNT初始化为0，然后编码器右转，CNT++，右转产生一个脉冲，CNT就加一次，比如右转产生10个脉冲后，停下来，那么这个过程CNT就由0自增到10，比如编码器再左转产生5个脉冲，CNT就会在原本的10的基础上自减5。

正交编码器

编码器接口基本结构

工作模式

正转的状态都向上计数，反转的状态都向下计数。

一般情况下用第三种工作模式。

举例（均不反向）

第一个状态，TI1上升沿，TI2低电平，查询上面表，上升沿并且低电平，就是向上计数，这就是正转。

毛刺展示的就是正交编码器抗噪声原理，TI2没有变化，但是TI1连续跳变，这不符合正交编码器的信号规律，正常情况下是两个输出交替变化。 所以出现了一个引脚不变，另一个引脚连续跳变多次的毛刺信号，计数器就会加减加减来回摆动，实现了抗噪声。

举例（TI1反向）

如果使用TIM_ICPolarity_Rising，那么就是均不反向；如果使用TIM_ICPolarity_Falling，那么就是反向。

这里的举例是TI1反向，可以根据极性来选择反不反向。

比如我原本想要正速度，但是是负速度，就可以选择这个反向，也可以交换两个引脚，交换极性。

代码部分

定时器中断配置代码部分

#include "Timer.h"

extern uint16_t Num;

void Timer_Init(void)
{

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);            // 1.时钟使能
    
    TIM_InternalClockConfig(TIM2);                                  // 2.选择时钟模式
    // TIM_ETRClockMode2Config(TIM2, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted, 0x0F);			// 配置外部时钟2

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitSturcture;              // 3.TIM初始化
    TIM_TimeBaseInitSturcture.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInitSturcture.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitSturcture.TIM_Period = 10000 - 1;
    TIM_TimeBaseInitSturcture.TIM_Prescaler = 7200 - 1;             // 计算公式: 72Mz/(PSC+1)/(ARR+1)
    TIM_TimeBaseInitSturcture.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitSturcture);              

    TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);                           // 手动更新中断标志位清除（因为单片机一上电就会中断，先清楚标志位）
    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);                      // 4.配置时钟中断

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);                 // 5.设置NVIC优先级分组

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;                            // 6.配置NVIC
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; 
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);                                          // 7.使能TIM2
}

/* TIM2中断函数（用户自定函数） */
void TIM2_IRQHandler(void)											
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)				// 检查TIM2中断是否发生
    {
        Num++;

        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);					// 清楚TIM2中断标志位
    }
}

PWM配置代码部分

#include "Bsp_PWM.h"

void PWM_Init(void)
{

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);            // 1.TIM2时钟使能
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);           // 2.GPIOA时钟使能
    
    // RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);			// 重映射设置
    // GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);        // 重新映射TIM2
    // GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);     // 如果需要使用重映射，但它是一个调试接口，则需要同时编写这两个接口。

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                            // 3.配置GPIO
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                          

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;              // 4.配置TIM
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;                 // ARR值（重装载值）    
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;              // PSC（预分频系数）
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);

    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;                          // 5.TIM输出比较通道初始化
    TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);                         // 结构指定初始值
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 90;                             // CCR（捕获/比较寄存器）
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);                                          // 6.TIM2使能

}

void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{
    TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);									// 设置TIM2 Capture Compare1寄存器值
}

输入捕获配置代码部分

#include "IC.h"

void IC_Init(void)
{

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);               // 1.开启时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                                // 2.GPIO配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    TIM_InternalClockConfig(TIM3);                                      // 3.选择时钟模式

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;                  // 4.时基单元配置
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);
    

    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;                              // 5.输入捕获配置
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    TIM_PWMIConfig(TIM3, &TIM_ICInitStructure);

    TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);                        // 6.触发源选择

    TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);                     // 7.配置从模式

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                                              // 8.开启TIM3时钟
}


uint32_t IC_GetFreq(void)
{
    return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);						// fx = fc / N   			fc=72M/(PSC+1)=1M		N（读取CCR的值）
}

uint32_t IC_GetDuty(void)
{
    return (TIM_GetCapture2(TIM3) + 1) * 100 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);		// Duty = CCR2 / CCR1  因为要显示整数，乘100。返回的值范围为0~100，对应占空比为0%~100%
}

编码器配置代码部分

#include "Bsp_EncoderSpeed.h"

void EncoderSpeed_Init(void)
{

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);							// 1.开启GPIOA时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);							// 2.开启TIM3时钟

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;											// 3.GPIO配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;									// 上拉输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    TIM_InternalClockConfig(TIM3);													// 4.时钟模式选择（这里选择内部时钟）
    
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;								// 5.TIM0配置
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;						// 分频系数
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;					// 计数模式
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;							// 重复计数次数（当设为1时，需要进入2次中断，中断代码才生效）
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);

    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;											// 6.输入捕获配置
    TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;								// TIM频道1
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;											// 输入捕获滤波器
    TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;
    TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);


    TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);   // 7.编码器配置库函数

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);															// 8.使能TIM3		

}

/* 获得编码器速度 */
int16_t Encoder_GetSpeed(void)
{
    int16_t Temp;
    Temp = TIM_GetCounter(TIM3);
    TIM_SetCounter(TIM3, 0);
    return Temp;
}

/* 获得编码器的CNT */
int16_t Encoder_GetCNT(void)
{
    return TIM_GetCounter(TIM3);
}

不知道为什么我注释代码在VS code里面时排列整齐，到这就不整齐了，逼死强迫症患者。

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