【STM32】定时器介绍&定时中断

好想有猫猫2024-12-04 17:07

使用的单片机机型为STM32F103C8T6

文章目录

定时器

TIM(Timer) 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

不仅具备基本的定时中断功能，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高级定时器、通用定时器、基本定时器三种类型

本STM32机型的定时器资源：TIM1，TIM2，TIM3，TIM4，即一个高级定时器，三个通用定时器

基本定时器

基本定时器只有 内部时钟(系统时钟) 这一时钟源

时钟信号先到达 触发控制器，控制选择如下二者功能之一：

  1. TRGO 为主模式触发 DAC ，用于输出模拟信号
  2. 时基单元：由预分频器，CNT计数器，自动重装寄存器组成。用于计时，计数，触发定时中断
  • 预分频器：用于对时钟源进行分频。如时钟频率为 72MHz，预分频器值为72，则输出到 CNT计数器的频率为72/72=1MHz。
  • CNT计数器：随时钟频率计数加一。如频率为1MHz，则每1us加一
  • 自动重装寄存器：类似阈值，当 CNT计数等于自动重装值时，触发定时器中断

通用定时器

通用定时器相比基础定时器看上去就复杂很多，主要多了如下功能：

  • 内外时钟源选择：内部时钟、外部输入
  • 输入捕获：测PWM，占空比
  • 输出比较：输出PWM。可用于控制舵机，直流电机
  • 编码器：测量编码器速度，方向
  • 主从触发模式功能：定时器联调

高级定时器

后续补充。。。。。。。。。。。。。。。。。

时钟源

时钟树

STM32的时钟树由多个时钟源和时钟分频组成，为STM32芯片提供各种时钟信号

STM32的基础时钟源有4个振荡器时钟：HSI(高速内部时钟)、HSE(高速外部时钟)、LSI(低速内部时钟)、LSE(低速外部时钟)。这是最底层的时钟来源

其中

  • 40kHz低速内部 LSI 振荡器，可用于驱动独立看门狗，或通过程序选择驱动 RTC(Real-Time Clock 实时时钟)，用于从停机/待机模式下自动唤醒系统
  • 32.768kHz低速外部 LSE 振荡器也可驱动 RTC

我们常说的系统时钟，为SYSCLK，由三种不同的时钟源驱动：HSI、HSE、PLL

此机型的主频为72MHz，但 HSE 最高频率为16MHz，HSI 频率为 8MHz，都达不到主频。那系统主频是怎么来的呢？

其实就是将 HSI 或 HSE 接入 PLL，通过 PLL 倍频产生的

系统时钟通过选择器选择时钟源，输入源有 HSI(内部高速时钟)、HSE(外部高速时钟)、PLL锁相环

通常STM32启动时，先使用 HSI 内部时钟，同时 HSI 接入 PLL锁相环进行倍增，待倍增后的 PPLCLK 稳定后，主频再切换至 72MHz

外设时钟

输出到定时器的频率都为72MHz

APB1预分频虽然会降低频率，但通向定时器2-7，还会进行倍增，又会恢复至72MHz

APB2同理

定时中断

下图为通用定时器的定时中断结构

分为三个部分：时钟选择，时基单元，中断控制

时钟选择

计数器时钟可由下列时钟源提供：

  • RCC内部时钟，频率为72MHz
  • 外部时钟模式2：GPIO控制的外部输入触发 ETR
  • 外部时钟模式1：外部输入脚(TIx)，用于输入捕获
  • 内部触发输入(ITRx)：使用另一个定时器作为另一个定时器的预分频器，如可以配置一个定时器 Timer1 作为另一个定时器 Timer2 的预分频器，实现定时器联调

时基单元

由预分频器，CNT计数器，自动重装寄存器组成

预分频器PSC

预分频器可以将计数器的时钟频率按1到65536之间的任意值进行分频。如系统频率为72MHz，预分频为2，则计数器接收的频率为72/2=36MHz

如此图示代表有影子寄存器，作用同缓冲器，可以在工作时被修改，新的预分频器参数在下一次更新事件到来时被采用，如下图

原先，预分频值为0，即不分频，计数器时钟等于系统时钟。但在计数器工作时，修改了预分频值，如果没有影子寄存器，那么新的分频就会立即应用，导致前后计数频率不同。使用影子寄存器，会先保存新的预分频值，在发生一次更新事件后才应用新的预分频值

  • 计数器计数频率：CK_CNT = CK_PSC / (PSC + 1)

自动重装寄存器ARR

同样有影子寄存器，当 CNT计数器值等于 ARR 时，触发定时器中断

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

如预分频PSC = 7200 - 1，代表计时器频率为72MHz/7200=1KHz，每1ms计时器加一

ARR = 1000 - 1，即1000次计数器加一才会溢出，即1000个1ms

最终效果就为计数器每1s溢出一次，频率为1Hz

CNT计数器

计数器有三种模式

  • 向上计数：计数器值从0计数加一到ARR，产生中断

  • 向下计数：计数器值从ARR计数减一到0，产生中断

  • 中央对齐：计数器从0计数加一到 ARR，产生中断；然后再计数减一到0，产生中断

计数器时序

编程实例

定时器内部时钟

  • 程序目标：实现计时功能，单位为s
  • 程序原理：使用定时器2，时钟源选择内部时钟，配置时基单元，实现每1s产生一次定时器中断，在中断处理函数中对计数加一

接线图如下：

定时器配置流程参照下图：分为时钟选择，时基单元，中断控制。相关函数声明在stm32f10x_tim.h

时钟选择

使用TIM2，因为为外设，需要开启时钟

c 复制代码 
//开启TIM2的时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

选择内部时钟源

c 复制代码 
//配置时钟源
//配置内部时钟源为TIM2，若不配置，则默认为内部时钟
TIM_InternalClockConfig(TIM2);

时基单元

配置 PSC 和 ARR，实现每1s产生一次中断的效果

采用向上计数

c 复制代码 
//初始化时基单元
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;			//时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;		//向上计数，从0到重装值
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000 - 1;					//重装值 - 1，因为从0开始，ARR的值
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;					//预分频器，PSC的值。如配置为72，即系统频率72MHz / 72 = 1MHz
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;				//重复计数器，高级定时器才会用到
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);

中断控制

c 复制代码 
//中断部分
//时基单元初始化完成后会发起一次更新事件，需要清理一下，避免影响复位
TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);

//开启TIM2的更新中断
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_FLAG_Update, ENABLE);

//中断优先级组
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

//NVIC中断嵌套初始化
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;						//中断通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;						//使能开关
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;			//抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;					//响应优先级
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

//开启TIM2
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

PS：在TIM_TimeBaseInit中，完成时基单元初始化时，会产生一次更新中断，需要手动清除，否则会出现程序复位为1，而不是0的情况

完整初始化代码如下：

c 复制代码 
/**
  * @brief		定时器初始化
  * @parm		无
  * @retval		无
  */
void Timer_Init(void)
{
	//开启TIM2的时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	//配置时钟源
	//配置内部时钟源为TIM2，若不配置，则默认为内部时钟
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	
	//初始化时基单元
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;			//时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;		//向上计数，从0到重装值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000 - 1;					//重装值 - 1，因为从0开始，ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;					//预分频器，PSC的值。如配置为72，即系统频率72MHz / 72 = 1MHz
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;				//重复计数器，高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	//中断部分
	//时基单元初始化完成后会发起一次更新事件，需要清理一下，避免影响复位
	TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
	
	//开启TIM2的更新中断
	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_FLAG_Update, ENABLE);
	
	//中断优先级组
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	//NVIC中断嵌套初始化
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;						//中断通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;						//使能开关
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;			//抢占优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;					//响应优先级
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	//开启TIM2
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

中断处理函数的声明在startup_stm32f10x_md.s

c 复制代码 
//定时器2中断处理函数
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update) == SET)//判断是否是更新中断
		Num++;
	TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
}

完整程序链接：【STM32】基础定时器

定时器外部时钟源

  • 程序目标：使用对射式红外传感器控制GPIO口，遮挡时输出低电平，TIM2以该GPIO为外部时钟源，实现计次
  • 程序原理：定时器初始化大抵相同，还需配置GPIO 和 外部时钟源

接线图如下：

首先开启相关外设时钟

c 复制代码 
//开启TIM2的时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
//开启GPIO的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

配置GPIO

c 复制代码 
//初始化GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

配置外部时钟源

c 复制代码 
//配置时钟源
//配置外部时钟源
//								不分频				低电平或下降沿触发		  滤波
TIM_ETRClockMode1Config(TIM2, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_Inverted, 0x0F);

后续时基单元和中断控制配置大抵相同

完整代码如下：

c 复制代码 
/**
  * @brief		定时器初始化
  * @parm		无
  * @retval		无
  */
void Timer_Init(void)
{
	//开启TIM2的时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	//开启GPIO的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	//初始化GPIO
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	//配置时钟源
	//配置外部时钟源
	//								不分频				低电平或下降沿触发		  滤波
	TIM_ETRClockMode1Config(TIM2, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_Inverted, 0x0F);
	
	//初始化时基单元
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;			//时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;		//向上计数，从0到重装值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10 - 1;					//重装值 - 1，因为从0开始，ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;					//预分频器，PSC的值。如配置为72，即系统频率72MHz / 72 = 1MHz
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;				//重复计数器，高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	//中断部分
	//时基单元初始化完成后会发起一次更新事件，需要清理一下，避免影响复位
	TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
	
	//开启TIM2的更新中断
	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_FLAG_Update, ENABLE);
	
	//中断优先级组
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	//NVIC初始化
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;						//中断通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;						//使能开关
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	//开启TIM2
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

完整程序链接：【STM32】定时器外部时钟源计次

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