2.4 定时器与TIM中断

文章目录

时钟与时钟树
- stm32时钟树
- 可以手动把系统时钟72mhz改成其他的吗？
- [ST公司给的外围设备配置文件的默认配置说明](#ST公司给的外围设备配置文件的默认配置说明)
定时器
- 什么是定时器
- 定时器的类型
- [影子寄存器 | 预装载寄存器（Preload Register）](#影子寄存器 | 预装载寄存器（Preload Register）)
- 相关工程问题
[通用定时器相关框图](#通用定时器相关框图)
定时中断
- [OC（Output Compare）输出比较](#OC（Output Compare）输出比较)
- - [OC_Mode 输出模式控制](#OC_Mode 输出模式控制)
  - [PWM （Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制](#PWM （Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制)

时钟与时钟树

频率：如72Mhz即为每秒72M个脉冲

时钟的源头

晶振
时钟树的分支
分频器 ：分频器是一种将输入时钟信号的频率降低到 其整数倍的电路。
倍频器 ：倍频器则是将输入时钟信号的频率提高到 其整数倍的电路。
参考CSDN文章_时钟系统

他们可以通过改变频率实现不同频率的分支。

stm32时钟树

《STM32F103C8T6从入门到精通》SystemInit函数详细讲解

St公司的配置程序：江科大

8Mhz HSI做系统时钟
再打开HSE取8Mhz 再通过图中黄色路线到锁相环（PLL）倍频9倍，待锁相环输出稳定后，（红色区域）切换锁相环输出为系统时钟但是，如果外部晶振HSE出现问题，就不会切换，而是继续使用系统内部时钟HSI.

在参考手册中的RCC的CR寄存器中的HSION位的部分找到了对上面过程的说明

APB1二分频为36mhz APB2不分频，为72mhz
- PCLK2通常指的是APB2 (Advanced Peripheral Bus 2) 的时钟频率。它的频率通常是由更高频率的AHB (Advanced High-performance Bus) 时钟通过一个分频器来调整得到的。
- 参考以下代码(位于systemInit函数中调用的SetSysClockTo72函数中)

stm32时钟树_站内跳转

时钟树动画简介

可以手动把系统时钟72mhz改成其他的吗？

可以通过更改这里的宏来实现。
具体代码梳理

ST公司给的外围设备配置文件的默认配置说明

《STM32F103C8T6从入门到精通》SystemInit函数详细讲解该函数配置了系统时钟 等

在system_stm32f10x.c文件中提到

HSI 作为默认时钟源
HSI (High Speed Internal)：内部高速时钟，频率为 8 MHz。每次设备复位后，HSI 自动作为系统时钟源。
SystemInit() 函数：在启动文件 startup_stm32f10x_xx.s 中定义的函数，用于配置系统时钟。该函数在跳转到主程序前被调用。
时钟源故障处理
如果用户选择的系统时钟源未能成功启动（例如，外部时钟源未正常工作），SystemInit() 函数将不做任何处理，系统将继续使用 HSI 作为时钟源。
用户可以在 SetSysClock() 函数中添加代码来处理这种情况，例如重新配置时钟源或进行错误处理。
HSE 晶振配置
HSE (High Speed External)：外部高速时钟，通常由外部晶振提供。
默认情况下，HSE 晶振的频率设置为 8 MHz 或 25 MHz，具体取决于所使用的 STM32F10x 产品。
HSE_VALUE 定义在 stm32f10x.h 文件中，用于指定 HSE 的频率。
如果使用 HSE 作为系统时钟源（直接或通过 PLL），并且使用了不同的晶振频率，需要调整 HSE_VALUE 以匹配实际使用的晶振频率。

定时器

cortex-M3 内核里有一个systick定时器(江科大的Delay函数就是用systick实现的)

而下面要提到的是核外外设，高级、通用、普通定时器

什么是定时器

定时器就是计数器
定时器就是计数器
定时器就是计数器
动画演示_B站

PS: 预分频器和计数器的长度都是16bit ，2^16^ = 65536

预分频器(Prescaler) ·：预分频器的值规定在0 ~ n-1(n是输入时钟频率的数值)

它像是计数器的一个助手，规定每隔几个脉冲 向计数器报告一次，让计数器加1
1. 当预分频的值为零时，每一个脉冲计数器加一次；设定值为1时，每隔两个脉冲，计数器加1。
2. 预分频器的作用：可以增加定时器的定时上限：
- 当预分频器设置为0时，一个脉冲就记一次，因为计数器最多定65536下，对应65536 * (1/72M) ≈ 0.00091秒。
- 而当预分频器设置为65535时，每72M个脉冲记一次，因为计数器还是最多定65536下，对应时间为，65536 * 65536 * (1/72M) ≈ 59.65 秒（计数器的值 乘 预分频器 处理的记一次对应的脉冲数再乘一个脉冲对应的时间）
- 可见，预分配器正是通过自己额外处理时钟脉冲数来提高总时间的
计数器(Counter)：
- 基本定时器只有向上计数模式。（从零开始加）
- 通用定时器与高级定时器有向上计数、向下计数（从设定值开始减）、中央计数模式。
自动重装载寄存器(Auto Reload Register) ：在计数器到达该寄存器设定值时清零计数器，并同时（如果配置了）

可触发中断。

定时器的类型

类型	编号	总线	功能
高级定时器	TIM1、TIM8	APB2	拥有通用定时器全部功能，并额外具有重复计数器、死区生成、互补输出、刹车输入等功能
通用定时器	TIM2、TIM3、TIM4、TIM5	APB1	拥有基本定时器全部功能，并额外具有内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等功能
基本定时器	TIM6、TIM7	APB1	拥有定时中断、主模式触发DAC的功能如何理解主模式触发

STM32C8T6 只有TIM1,TIM2,TIM3,TIM4

影子寄存器 | 预装载寄存器（Preload Register）

在学习TIM定时器时了解到。影子寄存器的主要功能缓冲后台存储数据或配置设置，这样在执行某些关键操作时，可以避免由于直接修改主寄存器而导致的问题。

作用(用时序图作示例)
- 可看出当 预分频控制寄存器 更改数值后，对应在定时器时钟 的输出没有随之改变(预分频缓冲器 在缓冲)
  而是等上一个定时器时钟记满(到下一个计数周期，触发更新事件)，才起更改作用。
- 省流版：让值的变化 与更新事件 同步发生
在框图中的阴影标识 江科大

通用定时器相关框图

用作文章查阅参考

绿色部分（IC input compare）的细节图
红色部分 （OC Output Compare)

定时中断

配置时钟源 (注意一点：这里的内部外部时钟的概念【脉冲】与时钟树的内部外部时钟源【震荡源输出到AHB总线】不同)
- 如果第二步打算配置为rcc的话，就初始化对应定时器的rcc时钟（选择系统时钟rcc作为输入，起定时作用）
- 若第二步选择外部时钟，则配置为ETR (选择外部脉冲作为输入，如对射红外传感器，遮挡一次一个脉冲)（注意GPIO是指定的）
选择输入时基单元的时钟(上图中黄色部分)

以下是相关库函数详细讲解

配置外部时钟模式1，模式2可参考的文章：站内跳转
 b站大佬动画讲解

配置时基单元
void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct)

参数1：对应定时器
参数2：结构体里有五个参数
- TIM_Period
  
  TIM_Period 设置了在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值。
- TIM_Prescaler
  
  TIM_Prescaler 设置了用来作为 TIMx 时钟频率除数的预分频值。
- TIM_CounterMode
  
  配置计数方式（向上计数、向下计数、中央对齐计数）
- TIM_ClockDivision （用于输入滤波）
  
  按一定频率对信号进行采样，来判断信号是否稳定（而这个采样频率来自于系统内部时钟，这里的参数就是对内部时钟再进行分频） b站讲解
  
  主要用于输入检测、死区时间设定等 STM32 时钟分割TIM_ClockDivision配置及使用详细说明
- TIM_RepetitionCounter （高级定时器才有的功能,配置通用定时器时给0）
  
  重复计数器

配置输出控制
- TIM_ITConfig用这个函数
- 其中有一个参数比较关键：TIM_IT (毕竟TIM外设有很多不同的中断)
- 更新中断 （Update Interrupt）是基于定时器自身的计数完成事件。
  捕获/比较中断 （Capture/Compare Interrupts）是基于定时器计数器与特定通道的CCR值之间的关系。
  触发中断（Trigger Interrupt）是基于外部触发信号的到达。
配置NVIC(配置中断优先级)
运行控制(相当与一个总开关)

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（多用于驱动三相无刷电机）

OC_Mode 输出模式控制

模式介绍
 点击跳转比较输出结构图

模式	描述
冻结	CNT=CCR时，REF保持为原状态
匹配时置有效电平(理解为高电平)	CNT=CCR时，REF置有效电平
匹配时置无效电平(理解为低电平)	CNT=CCR时，REF置无效电平
匹配时电平翻转	CNT=CCR时，REF电平翻转
强制为无效电平	CNT与CCR无效，REF强制为无效电平
强制为有效电平	CNT与CCR无效，REF强制为有效电平
PWM模式1	向上计数：CNT<CCR时，REF置有效电平，CNT≥CCR时，REF置无效电平向下计数：CNT>CCR时，REF置无效电平，CNT≤CCR时，REF置有效电平
PWM模式2	向上计数：CNT<CCR时，REF置无效电平，CNT≥CCR时，REF置有效电平向下计数：CNT>CCR时，REF置有效电平，CNT≤CCR时，REF置无效电平

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 / T~S~
频率越高越平稳
占空比 = T~ON~ / T~S~
等效输出比
分辨率 = 占空比变化步距
占空比变化的精细程度

PWM输出流程

按照定时中断配置 的前两步配置好时钟(通常选择内部脉冲RCC)输入
接着配置时基单元 ，再将下图的结构配置好
需要注意的一点是：初始化GPIO时，要配置为复用推挽输出模式(将输出的控制权从输出寄存器转到定时器)
最后配置计数器使能(总开关)
- 对于输出比较单元的配置函数参数，有一个结构体，在配置通用定时器时很多都用不到，所以我们可以用给的结构体初始化函数先给结构体初始化一下。

PWM参数计算
- 一个变化周期对应计数器的计数周期
- 频率等于一个变化周期的倒数
- 占空比 Duty = CCR / (ARR + 1) 高电平计数值比总计数值
- 分辨率 Reso = 1 / (ARR + 1)