细说MCU定时器中断的实现方法

目录

一、硬件及工程

二、STM32G4系列MCU的定时器

三、定时器中断的实现过程

1、配置新工程.ioc

2、代码修改

（1）时钟初始化函数MX_TIM3_Init()

（2）使能定时器中断

（3）定时器中断服务函数

（4）重定义定时器回调函数

3、下载并运行

4、修改定时器参数

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一、硬件及工程

文章依赖的硬件及工程配置同本文作者的其他文章：细说ARM MCU的串口接收数据的实现过程-CSDN博客 https://wenchm.blog.csdn.net/article/details/139541112

二、STM32G4系列MCU的定时器

STM32G4系列MCU的定时器功能比较强大，有下面几种定时器：

• 1个高精度定时器(high-resolution timer)；
• 3个高级控制定时器(advanced-control timer)；
• 7个通用定时器(general-purpose timer)；
• 2个基本定时器(basic timer)；
• 2个看门狗定时器(watch-dog timer)；
• 1个SysTick定时器。

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| 类 型 | 定时器 | 计数器 精度 | 计数器类型 | 预分频因子 | DMA 请求产生 | 捕捉/ 比较通道 | 互补输出 |
| 高精度 定时器 | HRTIM | 16位 | Up | 1/2/4(x2,x4, x8,x16,x32, 带DLL) | 是 | 12 | 有 |
| 高级 控制 | TIM1、TIM8、TIM20 | 16位 | Up、Down和 Up/Down | 1～65536 之间的整数 | 是 | 4 | 4 |
| 通用 | TIM2和TIM5 | 32位 | Up、Down和 Up/Down | 1～65536 之间的整数 | 是 | 4 | 无 |
| 通用 | TIM3和TIM4 | 16位 | Up、Down和 Up/Down | 1～65536 之间的整数 | 是 | 4 | 无 |
| 通用 | TIM15 | 16位 | Up | 1～65536 之间的整数 | 是 | 2 | 1 |
| 通用 | TIM16、TIM17 | 16位 | Up | 1～65536 之间的整数 | 是 | 1 | 1 |
| 基本 | TIM6、TIM7 | 16位 | Up | 1～65536 之间的整数 | 是 | 0 | 无 |

定时器最基本的功能是起到定时的作用，其中有一个关键模块：计数器（counter）。该计数器可以循环往复计数，计数的模式有三种类型：升、降和升/降。Up模式是从0到最大值递增计数，计到最大值后再从0重新开始计。

除了TIM2和TIM5以外，其余的定时器中，计数器都是16位，相应的计数最大值为65535。除了计数器的参数以外，定时器中的另一个比较重要的参数是预分频因子（prescaler factor），这个参数关系到两次计数之间的计时间隔（具体数值，还要结合定时器的时钟频率来计算）。此外，定时器还可用于输入捕捉，以及产生PWM波形（互补）输出；当然对这两个功能，不同的定时器是有差别的。

三、定时器中断的实现过程

本文利用 STM32G474RE上的通用定时器，以定时器中断的方式控制NUCLEO - G474RE板上的发光二极管LD2以不同的频率闪烁（该功能也可通过延时函数的方式实现）。

1、配置新工程.ioc

• 配置GPIO：配置PA5为输出，用PA5控制开发板上的LD2。Level=High，mode=PP，Pull_up，speed=High，Label=LED；
• 外部时钟，Serial Wire；
• 配置定时器：打开TIM3的配置界面，在模式(Mode)区，将时钟源(Clock Source)选择为Internal Clock；然后，在配置区中，将参数设置(Parameter Settings)选项卡中的预分频因子(Prescaler)和计数器周期(Counter Period)分别设置为999和16999。这两个参数从0开始计数，分频因子为999，实际为分频999+1倍；计数器周期的计算与此相同。这里的计数周期实际就是计数器计数时的最大值 ，在时钟频率确定的情况下，****预分频因子决定着两次计数之间的时间间隔。****所以，根据这两个参数以及定时器的时钟频率，就可以计算出定时器计数的周期。此外，把计数模式(Counter Mode)设置为升模式(Up)，并使能自动重载(auto-reload preload)。
• 配置中断：使能TIM3的全局中断。将它的抢占式优先级设为1，响应优先级设为0。
• 配置系统时钟：将系统时钟(SYSCLK)频率配置为170 MHz。定时器的时钟来自高级外设总线(APB，Advanced Peripheral Bus)，APB的时钟也有自己的预分频因子，如果该因子为1，则定时器的时钟频率就与APB时钟相同，也与系统时钟相同，都是170 MHz。

2、代码修改

至此，硬件配置便完成了。保存，启动代码生成过程，系统会将刚才配置硬件的信息自动转换成代码。

（1）时钟初始化函数MX_TIM3_Init()

该函数自动生成。

/**
  * @brief TIM3 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_TIM3_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN TIM3_Init 0 */

  /* USER CODE END TIM3_Init 0 */

  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

  /* USER CODE BEGIN TIM3_Init 1 */

  /* USER CODE END TIM3_Init 1 */
  htim3.Instance = TIM3;
  htim3.Init.Prescaler = 999;
  htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim3.Init.Period = 16999;
  htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim3) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim3, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN TIM3_Init 2 */

  /* USER CODE END TIM3_Init 2 */

}

MX_TIM3_Init()函数主要完成对TIM3的模式和参数配置，如预分频因子、计数模式、计数周期等参数。在MX_TIM3_Init()函数的定义中，用到了一个结构体变量htim3，该结构体变量也被称为定时器句柄。这个变量是在自动代码生成过程中自动生成的，位于main.c文件的最前面：

TIM_HandleTypeDef htim3;

在MX_TIM3_Init()函数的定义中，把设置的参数赋给了结构体变量htim3。其中一条if语句，在其条件表达式中调用了一个函数：HAL_TIM_Base_Init(&htim3)；结构体变量htim3通过调用HAL_ TIM_Base_Init(&htim3)实现与实际硬件关联的。该函数只有一个参数。调用时，把刚配置的结构体变量htim3传递了过来。实际上，真正与硬件关联的，还不是HAL_TIM_Base_Init()函数，而是在HAL_TIM_Base_Init()函数中调用的TIM_Base_SetConfig()函数。正是通过TIM_Base_SetConfig()函数，才真正地把设置的参数传递给了相关寄存器。在库函数文件stm32g4xx_hal_tim.c中有对TIM_Base_Set-Config()函数的定义。

（2）使能定时器中断

虽然配置了TIM3的中断功能，但在默认情况下，中断不是开启的。所以，在使用时，还要开启该中断。开启定时器中断可以使用如下库函数：

HAL_TIM_Base_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim);

该函数也只有一个参数，并且该参数也是一个结构体变量。对于TIM3来说，其实就可以用前面提到的htim3。开启定时器中断可以使用如下代码：

/*USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);    //手动添加
/*USER CODE END 2*/

上述代码位于while(1)循环前面的注释对中。不过，需要将它放到TIM3初始化函数MX_TIM3_ Init()的后面。

（3）定时器中断服务函数

开启TIM3的中断后，当条件满足时，就会执行定时器中断服务函数TIM3_IRQHandler()。该函数是自动生成的，位置在stm32g4xx_it.c文件中有该函数的定义：

/**
  * @brief This function handles TIM3 global interrupt.
  */
void TIM3_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN TIM3_IRQn 0 */

  /* USER CODE END TIM3_IRQn 0 */
  HAL_TIM_IRQHandler(&htim3);
  /* USER CODE BEGIN TIM3_IRQn 1 */

  /* USER CODE END TIM3_IRQn 1 */
}

TIM3_IRQHandler()函数的定义中又调用了HAL_TIM_IRQHandler()函数，此函数的定义在stm32g4xxhal_tim.c中。实际上，在HAL_TIM_IRQHandler()函数中，还会调用TIM中断的回调函数HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()。这个函数的定义也是在stm32g4xxhal_tim.c中，不过，被定义为一个弱函数。这种方式与串口中断接收过程是类似的。就像对串口接收中断回调函数的处理一样，在定时器中断的使用中，需要做的是在main.c中重新定义TIM中断的回调函数。

（4）重定义定时器回调函数

在main.c中重新定义回调函数HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()。在其中让PA5的输出状态翻转。具体实现如下：

/*USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin);
}
/*USER CODE END 4*/

本例中，定时器的预分频因子(Prescaler)和计数器周期(Counter Period)分别置为999和16999，定时器的时钟频率为170 MHz，最终TIM3中断的周期为

（999+1）/(170×10⁶)×（16999+1）=0.1(s)，即频率为10 Hz。

3、下载并运行

编译工程并下载到硬件中运行，会看到LD2灯以5 Hz的频率闪烁。为什么是5 Hz因为控制PA5用的是Toggle。

4、修改定时器参数

修改定时器的预分频因子(Prescaler)和计数器周期(CounPeriod)，改变LD2灯的闪烁频率为1 Hz、0.5 Hz等。

（19999+1）/(170×10⁶)×（16999+1）=2(s)，即频率为2 Hz。
（9999+1）/(170×10⁶)×（16999+1）=1(s)，即频率为1 Hz。