STM32H7定时器TIM1-TIM17中断、PWM实现

STM32H7定时器TIM1-TIM17中断、PWM实现

STM32H7 支持的定时器有点多,要简单的区分下。STM32H7 支持 TIM1-TIM8,TIM12-TIM17 共14 个定时器,而中间的 TIM9,TIM10,TIM11 是不存在的,这点要注意。

高级定时器硬件框图

我们直接看最复杂的高级定时器 TIM1&TIM8 框图:

通过这个框图,我们可以得到如下信息:
TIMx_ETR 接口

外部触发输入接口。ETR 支持多种输入源:输入引脚(默认配置)、比较器输出和模拟看门狗。
截图左侧的 TIMx_CH1,TIMx_CH2,TIMx_CH3 和 TIMx_CH4 接口

这四个通道主要用于输入捕获,可以计算波形频率和脉宽。
TIMx_BKIN 和 TIMx_BKIN2 接口

断路功能,主要用于保护由 TIM1 和 TIM8 定时器产生的 PWM 信号所驱动的功率开关
TRGO 内部输出通道

主要用于定时器级联,ADC 和 DAC 的定时器触发。
6 组输出比较单元 OC1 到 OC6

OC1 到 OC4 有对应的输出引脚,而 OC5 和 OC6 没有对应的输出引脚,主要用于内部控制。
截图右侧的输出比较通道 TIMx_CH1,TIMx_CH1N,TIMx_CH2

TIMx_CH2N,TIMx_CH3,

TIMx_CH3N 和 TIMx_CH4

主要用于 PWM 输出,注意 CH1 到 CH3 有互补输出,而 CH4 没有互补输出。

定时器模式

时基

定时器要工作就需要一个基本时基单元,而基本的时基单元是由下面几个寄存器组成的:
预分频器寄存器 (TIMx_PSC)

用于设置定时器的分频,比如定时器的主频是 200MHz,通过此寄存器可以将其设置为 100MHz,

50MHz,25MHz 等分频值。

注:预分频器有个缓冲功能,可以让用户实时更改,新的预分频值将在下一个更新事件发生时被采用

(以递增计数模式为例,就是 CNT 计数值达到 ARR 自动重装寄存器的数值时会产生更新事件)。
计数器寄存器 (TIMx_CNT)

计数器是最基本的计数单元,计数值是建立在分频的基础上面,比如通过 TIMx_PSC 设置分频后的频

率为 100MHz,那么计数寄存器计一次数就是 10ns。
自动重载寄存器 (TIMx_ARR)

自动重装寄存器是 CNT 计数寄存器能达到的最大计数值,以递增计数模式为例,就是 CNT 计数器达

到 ARR 寄存器数值时,重新从 0 开始计数。

注,自动重载寄存器是预装载的。对自动重载寄存器执行写入或读取操作时会访问预装载寄存器。预

装载寄存器的内容既可以立即传送到影子寄存器(让设置立即起到效果的寄存器),也可以在每次发

生更新事件时传送到影子寄存器。简单的说就是让 ARR 寄存器的数值立即更新还是更新事件发送的

时候更新。
重复计数器寄存器 (TIMx_RCR)

以递增计数模式为例,当 CNT 计数器数值达到 ARR 自动重载数值时,重复计数器的数值加 1,重复

次数达到 TIMx_RCR+ 1 后就,将生成更新事件。

注,只有 TIM1,TIM8,TIM15,TIM16,TIM17 有此寄存器。

比如我们要配置定时器实现周期性的中断,主要使用这几个寄存器即可。

输出PWM

使用定时器时基单元的那几个寄存器仅仅能设置周期,还不能设置占空比。针对这个问题,还需要比

较捕获寄存 CCR 的参与,这样就可以设置占空比了。

为了方便大家理解,以 PWM 边沿对齐模式,递增计数配置为例:

当计数器 TIMx_CNT < 比较捕获寄存器 TIMx_CCRx 期间,PWM 参考信号 OCxREF 输出高电平。

当计数器 TIMx_CNT >= 比较捕获寄存器 TIMx_CCRx 期间,PWM 参考信号 OCxREF 输出低电平。

当比较捕获寄存器 TIMx_CCRx > 自动重载寄存器 TIMx_ARR ,OCxREF 保持为 1。

当比较捕获寄存器 TIMx_CCRx = 0,则 OCxRef 保持为 0。

定时器输入捕获

与 PWM 一样,使用定时器实现输入捕获,仅靠时基单元的那几个寄存器是不行的,我们需要一个寄

存器来记录发生捕获时的具体时间,这个寄存器依然由比较捕获寄存器 TIMx_CCRx 来实现。

比如我们要测量一路方波的周期:

配置定时器为输入捕获模式,上升沿触发,设置分频,自动重装等寄存器,比如设置的 CNT 计数器计数 1 次是 1 微秒。

当有上升沿触发的时候,TIMx_CCRx 寄存器就会自动记录当前的 CNT 数值,然后用户就可以通过CC 中断,在中断复位程序里面保存当前的 TIMx_CCRx 寄存器数值。等下次再检测到上升沿触发,两次时间求差就可以得到方波的周期。

不过这里要特别注意一点,如果 CNT 发生溢出(比如 16 位定时器,计数到 65535 就溢出了)

就需要特别处理下,将 CNT 计数溢出考虑进来。

TIM1-TIM17的中断配置

c 复制代码
/*	
TIM¶¨Ê±ÖжϷþÎñ³ÌÐò·¶Àý£¬±ØÐëÇåÖжϱêÖ¾
void TIM6_DAC_IRQHandler(void)
{
	if((TIM6->SR & TIM_FLAG_UPDATE) != RESET)
	{
		TIM6->SR = ~ TIM_FLAG_UPDATE;
		//Ìí¼ÓÓÃ>>§´úÂë
	}
}
*/
void bsp_SetTIMforInt(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t _ulFreq, uint8_t _PreemptionPriority, uint8_t _SubPriority)
{
	TIM_HandleTypeDef   TimHandle = {0};
	uint16_t usPeriod;
	uint16_t usPrescaler;
	uint32_t uiTIMxCLK;
	
	/* ʹÄÜTIMʱÖÓ */
	bsp_RCC_TIM_Enable(TIMx);
	
    /*-----------------------------------------------------------------------
		bsp.c ÎļþÖÐ void SystemClock_Config(void) º¯Êý¶ÔʱÖÓµÄÅäÖÃÈçÏÂ: 

        System Clock source       = PLL (HSE)
        SYSCLK(Hz)                = 400000000 (CPU Clock)
        HCLK(Hz)                  = 200000000 (AXI and AHBs Clock)
        AHB Prescaler             = 2
 D1 APB3 Prescaler = 2 (APB3 Clock 100MHz)
 D2 APB1 Prescaler = 2 (APB1 Clock 100MHz)
D2 APB2 Prescaler = 2 (APB2 Clock 100MHz)
D3 APB4 Prescaler = 2 (APB4 Clock 100MHz)

 因为 APB1 prescaler != 1, 所以 APB1 上的 TIMxCLK = APB1 x 2 = 200MHz;
因为 APB2 prescaler != 1, 所以 APB2 上的 TIMxCLK = APB2 x 2 = 200MHz;
 APB4 上面的 TIMxCLK 没有分频,所以就是 100MHz;

APB1 定时器有 TIM2, TIM3 ,TIM4, TIM5, TIM6, TIM7, TIM12, TIM13, TIM14,LPTIM1
 APB2 定时器有 TIM1, TIM8 , TIM15, TIM16,TIM17

APB4 定时器有 LPTIM2,LPTIM3,LPTIM4,LPTIM5
 ----------------------------------------------------------------------- */
	if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8) || (TIMx == TIM15) || (TIMx == TIM16) || (TIMx == TIM17))
	{
		/* APB2 定时器时钟 = 200M */
		uiTIMxCLK = SystemCoreClock / 2;
	}
	else	
	{
		/* APB1 定时器 = 200M */
		uiTIMxCLK = SystemCoreClock / 2;
	}

	if (_ulFreq < 100)
	{
		usPrescaler = 10000 - 1;					/* 分频比 = 10000 */
		usPeriod =  (uiTIMxCLK / 10000) / _ulFreq  - 1;		/* 自动重装的值 */
	}
	else if (_ulFreq < 3000)
	{
		usPrescaler = 100 - 1;					/* 分频比 = 100 */
		usPeriod =  (uiTIMxCLK / 100) / _ulFreq  - 1;		/* 自动重装的值 */
98. }
	}
	else	/* APB1 定时器 = 200M */
	{
		usPrescaler = 0;					/* 分频比 = 1 */
		usPeriod = uiTIMxCLK / _ulFreq - 1;	/* 自动重装的值 */
	}

	/* 
       定时器中断更新周期
	*/
	TimHandle.Instance = TIMx;
	TimHandle.Init.Prescaler         = usPrescaler;
	TimHandle.Init.Period            = usPeriod;	
	TimHandle.Init.ClockDivision     = 0;
	TimHandle.Init.CounterMode       = TIM_COUNTERMODE_UP;
	TimHandle.Init.RepetitionCounter = 0;
	TimHandle.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
	if (HAL_TIM_Base_Init(&TimHandle) != HAL_OK)
	{
		Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
	}

	/* 使能定时器中断 */
	__HAL_TIM_ENABLE_IT(&TimHandle, TIM_IT_UPDATE);
	

	/* 配置 TIM 定时更新中断 (Update) */
	{
        uint8_t irq = 0;/* 中断号, 定义在 stm32h7xx.h */

        if (TIMx == TIM1) irq = TIM1_UP_IRQn;
        else if (TIMx == TIM2) irq = TIM2_IRQn;
        else if (TIMx == TIM3) irq = TIM3_IRQn;
        else if (TIMx == TIM4) irq = TIM4_IRQn;
        else if (TIMx == TIM5) irq = TIM5_IRQn;
        else if (TIMx == TIM6) irq = TIM6_DAC_IRQn;
        else if (TIMx == TIM7) irq = TIM7_IRQn;
        else if (TIMx == TIM8) irq = TIM8_UP_TIM13_IRQn;
        else if (TIMx == TIM12) irq = TIM8_BRK_TIM12_IRQn;
        else if (TIMx == TIM13) irq = TIM8_UP_TIM13_IRQn;
        else if (TIMx == TIM14) irq = TIM8_TRG_COM_TIM14_IRQn;
        else if (TIMx == TIM15) irq = TIM15_IRQn;
        else if (TIMx == TIM16) irq = TIM16_IRQn;
        else if (TIMx == TIM17) irq = TIM17_IRQn;
        else
        {
            Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
        }	
        HAL_NVIC_SetPriority((IRQn_Type)irq, _PreemptionPriority, _SubPriority);
        HAL_NVIC_EnableIRQ((IRQn_Type)irq);		
	}
	
	HAL_TIM_Base_Start(&TimHandle);
}

TIM1-TIM17的PWM输出

c 复制代码
/*
2. ******************************************************************************************************
3. * 函 数 名: bsp_ConfigTimGpio
4. * 功能说明: 配置 GPIO 和 TIM 时钟, GPIO 连接到 TIM 输出通道
5. * 形 参: GPIOx : GPIOA - GPIOK
6. * GPIO_PinX : GPIO_PIN_0 - GPIO__PIN_15
7. * TIMx : TIM1 - TIM17
8. * 返 回 值: 无
9. ******************************************************************************************************
10. */
void bsp_ConfigTimGpio(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_PinX, TIM_TypeDef* TIMx)
{
	GPIO_InitTypeDef   GPIO_InitStruct;

	bsp_RCC_GPIO_Enable(GPIOx);

	bsp_RCC_TIM_Enable(TIMx);

	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
	GPIO_InitStruct.Alternate = bsp_GetAFofTIM(TIMx);
	GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PinX;
	HAL_GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStruct);
}
/*
2. ******************************************************************************************************
3. * 函 数 名: bsp_ConfigGpioOut
4. * 功能说明: 配置 GPIO 为推挽输出。主要用于 PWM 输出,占空比为 0 和 100 的情况。
5. * 形 参: GPIOx : GPIOA - GPIOK
6. * GPIO_PinX : GPIO_PIN_0 - GPIO__PIN_15
7. * 返 回 值: 无
8. ******************************************************************************************************
9. */
void bsp_ConfigGpioOut(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_PinX)
{
	GPIO_InitTypeDef   GPIO_InitStruct;

	bsp_RCC_GPIO_Enable(GPIOx);		/* ʹÄÜGPIOʱÖÓ */

	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
	GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PinX;
	HAL_GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStruct);
}
/*
24. * 函 数 名: bsp_SetTIMOutPWM
25. * 功能说明: 设置引脚输出的 PWM 信号的频率和占空比. 当频率为 0,并且占空为 0 时,关闭定时器,GPIO 输出 0;
26. * 当频率为 0,占空比为 100%时,GPIO 输出 1.
27. * 形 参: GPIOx : GPIOA - GPIOK
28. * GPIO_Pin : GPIO_PIN_0 - GPIO__PIN_15
29. * TIMx : TIM1 - TIM17
30. * _ucChannel:使用的定时器通道,范围 1 - 4
31. * _ulFreq : PWM 信号频率,单位 Hz (实际测试,可以输出 100MHz). 0 表示禁止输出
32. * _ulDutyCycle : PWM 信号占空比,单位: 万分之一。如 5000,表示 50.00%的占空比
33. * 返 回 值: 无
34. ******************************************************************************************************
35. */
void bsp_SetTIMOutPWM(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, TIM_TypeDef* TIMx, uint8_t _ucChannel,
	 uint32_t _ulFreq, uint32_t _ulDutyCycle)
{
	TIM_HandleTypeDef  TimHandle = {0};
	TIM_OC_InitTypeDef sConfig = {0};	
	uint16_t usPeriod;
	uint16_t usPrescaler;
	uint32_t pulse;
	uint32_t uiTIMxCLK;
	const uint16_t TimChannel[6+1] = {0, TIM_CHANNEL_1, TIM_CHANNEL_2, TIM_CHANNEL_3, TIM_CHANNEL_4, TIM_CHANNEL_5, TIM_CHANNEL_6};

	if (_ucChannel > 6)
	{
		Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
	}
	
	if (_ulDutyCycle == 0)
	{		
		
		bsp_ConfigGpioOut(GPIOx, GPIO_Pin);			
		GPIOx->BSRRH = GPIO_Pin;		/* PWM = 0 */		
		return;
	}
	else if (_ulDutyCycle == 10000)
	{
		bsp_ConfigGpioOut(GPIOx, GPIO_Pin);		
		GPIOx->BSRRL = GPIO_Pin;		
		return;
	}
	
	
	bsp_ConfigTimGpio(GPIOx, GPIO_Pin, TIMx);	
	if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8) || (TIMx == TIM15) || (TIMx == TIM16) || (TIMx == TIM17))
	{
		uiTIMxCLK = SystemCoreClock / 2;
	}
	else	
	{
		uiTIMxCLK = SystemCoreClock / 2;
	}

	if (_ulFreq < 100)
	{
		usPrescaler = 10000 - 1;					
		usPeriod =  (uiTIMxCLK / 10000) / _ulFreq  - 1;		
	}
	else if (_ulFreq < 3000)
	{
		usPrescaler = 100 - 1;				
		usPeriod =  (uiTIMxCLK / 100) / _ulFreq  - 1;		
	}
	else	
	{
		usPrescaler = 0;					
		usPeriod = uiTIMxCLK / _ulFreq - 1;	
	}
	pulse = (_ulDutyCycle * usPeriod) / 10000;

	
	HAL_TIM_PWM_DeInit(&TimHandle);
    
	TimHandle.Instance = TIMx;
	TimHandle.Init.Prescaler         = usPrescaler;
	TimHandle.Init.Period            = usPeriod;
	TimHandle.Init.ClockDivision     = 0;
	TimHandle.Init.CounterMode       = TIM_COUNTERMODE_UP;
	TimHandle.Init.RepetitionCounter = 0;
	TimHandle.Init.AutoReloadPreload = 0;
	if (HAL_TIM_PWM_Init(&TimHandle) != HAL_OK)
	{
		Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
	}

	sConfig.OCMode       = TIM_OCMODE_PWM1;
	sConfig.OCPolarity   = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
	sConfig.OCFastMode   = TIM_OCFAST_DISABLE;
	sConfig.OCNPolarity  = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
	sConfig.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;
	sConfig.OCIdleState  = TIM_OCIDLESTATE_RESET;

	sConfig.Pulse = pulse;
	if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TimHandle, &sConfig, TimChannel[_ucChannel]) != HAL_OK)
	{
		Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
	}
	
	if (HAL_TIM_PWM_Start(&TimHandle, TimChannel[_ucChannel]) != HAL_OK)
	{
		Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
	}
}
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