STM32八股【5】----- TIM定时器

1. TIM定时器分类

STM32 的定时器主要分为以下几类：

高级定时器（Advanced TIM，TIM1/TIM8）
具备 PWM 生成、死区控制、互补输出等高级功能，适用于电机控制和功率转换应用。
通用定时器（General-purpose TIM，TIM2-TIM5/TIM9-TIM14）
支持输入捕获、输出比较、编码器接口等功能，适用于通用定时任务。
基本定时器（Basic TIM，TIM6/TIM7）
仅支持基本的计时功能，常用于 DAC 触发或作为简单的时间基准。
低功耗定时器（LPTIM）
适用于低功耗应用，支持超低功耗模式下的定时功能。

其中，高级定时器挂载在APB2，通用和基本定时器挂载在APB1。

2. TIM 主要功能

(1) 定时中断

可配置定时器在设定时间后触发中断，实现周期性任务，如系统心跳或 LED 闪烁。

(2) PWM（脉宽调制）

通过设置占空比，控制输出波形，用于电机控制、LED 亮度调节等。

(3) 输入捕获

记录外部信号的到达时间，例如测量信号频率或脉冲宽度。

(4) 输出比较

在特定时间点改变输出状态，实现精确的事件触发或波形生成。

(5) 编码器接口

读取增量式编码器的脉冲信号，进行位移或角度测量，广泛用于运动控制。

3. 基本TIM主从触发模式

STM32 的 TIM 定时器支持 主从模式（Master-Slave Mode），是一种高级功能，允许一个定时器(主)触发另一个定时器(从)或外设(如DAC)的操作。

4. TIM通用定时器

4.1 计数模式：

向上计数

向下计数

中央对齐
4.2 时钟源选择

时钟源	说明	典型应用
内部时钟（CK_INT）	由 APB1/APB2 总线时钟（PCLK）提供	普通定时、PWM 生成
外部时钟模式1（ETR）	外部引脚 `ETR` 输入信号作为时钟源	频率测量、外部触发控制
外部时钟模式2（TIx）	`TI1` 或 `TI2` 输入信号作为时钟源	事件计数（如红外解码）
内部触发（ITRx）	由另一个定时器的输出作为时钟	多定时器同步（主从模式）
编码器模式（TI1/TI2）	两个输入通道用于检测正交编码器信号	旋转编码器测速与方向检测

4.3 输出比较

作用：输出PWM

模式编号	输出状态	描述
OCM1	Frozen	当计数器与比较值匹配时，输出保持当前状态，不发生任何变化。
OCM2	Active Level	当计数器与比较值匹配时，输出设置为高电平（`HIGH`）。
OCM3	Inactive Level	当计数器与比较值匹配时，输出设置为低电平（`LOW`）。
OCM4	Toggle	当计数器与比较值匹配时，输出反转（`Toggle`）。
OCM5	Set (PWM Mode)	在 PWM 模式下，当计数器与比较值匹配时，输出设置为高电平（`HIGH`）。
OCM6	Reset (PWM Mode)	在 PWM 模式下，当计数器与比较值匹配时，输出设置为低电平（`LOW`）。
OCM7	PWM Mode (Center-Aligned)	在中心对齐模式下，输出在计数器达到比较值时设置高电平或低电平。
OCM8	PWM Mode (Edge-Aligned)	在边沿对齐模式下，输出在计数器与比较值匹配时产生一个脉冲（`Pulse`）。

Frozen 模式：保持输出不变，适用于保持定时器输出稳定的情况。
Active Level：输出设为高电平，适用于需要常开输出的情况。
Inactive Level：输出设为低电平，适用于需要常闭输出的情况。
Toggle：每次匹配都会切换输出状态，适用于需要周期性反转输出的场景。
Set 和 Reset：在 PWM 模式下使用，用于控制输出波形的高低电平。
PWM Mode (Center-Aligned) 和 PWM Mode (Edge-Aligned)：适用于控制占空比的脉冲宽度调制，分别适用于中心对齐和边沿对齐模式。

4.4 输入捕获

5. TIM高级定时器

5.1 重复次数计数器

重复多次才会触发中断
5.2 输出比较模块的升级

以下功能主要用于电机控制

互补pwm
死区生成电路
刹车输入

6. 定时器配置流程

依次配置

RCC开启
选择时基单元的时钟源
配置输出中断控制
配置NVIC，配置优先级，开启通道
使能计数器
书写中断函数

6.1 配置函数

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/*
功能：此函数用于将指定的定时器 (TIMx) 进行硬件复位，将其配置恢复为默认状态。

参数：TIMx：指向目标定时器的指针，例如 TIM1, TIM2, 等。
*/
void TIM_DeInit(TIM_TypeDef* TIMx);

/*
功能：初始化定时器的基本时间配置，包括计数器的预分频器、计数器的自动重载值、计数模式等。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。

TIM_TimeBaseInitStruct：一个指向 TIM_TimeBaseInitTypeDef 结构体的指针，包含初始化所需的时间基本配置参数。
*/
void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);

/*
功能：将 TIM_TimeBaseInitTypeDef 结构体初始化为默认值。通常在设置定时器时，先调用此函数清除结构体中的旧配置，然后再配置新的参数。

参数：TIM_TimeBaseInitStruct：指向 TIM_TimeBaseInitTypeDef 结构体的指针，用于保存定时器的时间基本配置。
*/
void TIM_TimeBaseStructInit(TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);

/*
功能：启用或禁用定时器。使能定时器后，计数器开始计数；禁用定时器则停止计数。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。

NewState：新状态，ENABLE 启用定时器，DISABLE 禁用定时器。

*/
void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);

/*
功能：启用或禁用定时器的中断。根据传入的中断源，可以启用或禁用相应的中断。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。

TIM_IT：指定定时器中断类型，例如 TIM_IT_Update。

NewState：新状态，ENABLE 启用中断，DISABLE 禁用中断。
*/
void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState);

//时基选择
/*
功能：选择定时器的内部时钟源进行计时。

参数：TIMx：指向目标定时器的指针。
*/

void TIM_InternalClockConfig(TIM_TypeDef* TIMx);


/*
功能：配置定时器的外部输入触发源，以外部事件作为定时器的时钟输入。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。

TIM_InputTriggerSource：外部触发源的配置。
*/
void TIM_ITRxExternalClockConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_InputTriggerSource);


/*
功能：配置定时器的输入捕获 (Input Capture) 外部时钟源，包括时钟源、极性和滤波器配置。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。

TIM_TIxExternalCLKSource：外部时钟源的配置。

TIM_ICPolarity：输入捕获极性配置（上升沿或下降沿触发）。

ICFilter：输入捕获信号的滤波器配置。
*/
void TIM_TIxExternalClockConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_TIxExternalCLKSource,
                                uint16_t TIM_ICPolarity, uint16_t ICFilter);


/*
功能：配置定时器的外部触发模式 1，用于外部时钟源的配置。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。

TIM_ExtTRGPrescaler：外部触发器预分频器配置。

TIM_ExtTRGPolarity：外部触发器极性配置。

ExtTRGFilter：外部触发信号的滤波器配置。
*/
void TIM_ETRClockMode1Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ExtTRGPrescaler, uint16_t TIM_ExtTRGPolarity,
                             uint16_t ExtTRGFilter);


/*
功能：配置定时器的外部触发模式 2，用于外部时钟源的配置。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。

TIM_ExtTRGPrescaler：外部触发器预分频器配置。

TIM_ExtTRGPolarity：外部触发器极性配置。

ExtTRGFilter：外部触发信号的滤波器配置。
*/
void TIM_ETRClockMode2Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ExtTRGPrescaler, 
                             uint16_t TIM_ExtTRGPolarity, uint16_t ExtTRGFilter);


/*
功能：配置定时器的外部触发源配置。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。

TIM_ExtTRGPrescaler：外部触发器预分频器配置。

TIM_ExtTRGPolarity：外部触发器极性配置。

ExtTRGFilter：外部触发信号的滤波器配置。
*/
void TIM_ETRConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ExtTRGPrescaler, uint16_t TIM_ExtTRGPolarity,
                   uint16_t ExtTRGFilter);


/*
功能：设置定时器的预分频器，用于调整定时器的计数速度。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。

Prescaler：预分频器值，用于调整计数频率。

TIM_PSCReloadMode：预分频器重载模式，决定何时更新预分频器值（TIM_PSCReloadMode_Immediate 或 TIM_PSCReloadMode_Update）。
*/
void TIM_PrescalerConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Prescaler, uint16_t TIM_PSCReloadMode);


/*
功能：配置定时器的计数模式，决定计数器是向上计数、向下计数还是双向计数。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。

TIM_CounterMode：计数模式，通常有 TIM_CounterMode_Up (向上计数)、TIM_CounterMode_Down (向下计数) 和 TIM_CounterMode_CenterAligned (中心对齐模式)。
*/
void TIM_CounterModeConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_CounterMode);


/*
功能：配置定时器的自动重载寄存器 (ARR) 预加载，使得 ARR 的更新值在下一次计数周期开始时生效。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。

NewState：新状态，ENABLE 启用预加载，DISABLE 禁用预加载。
*/
void TIM_ARRPreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);


/*
功能：设置定时器计数器的当前值。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。

Counter：要设置的计数器值。
*/
void TIM_SetCounter(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t Counter);


/*
功能：设置定时器的自动重载值，定时器的计数器会在达到该值时自动重新加载并清零。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。

Autoreload：自动重载值。
*/
void TIM_SetAutoreload(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t Autoreload);


/*
功能：获取定时器当前的计数值。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。
*/
uint32_t TIM_GetCounter(TIM_TypeDef* TIMx);


/*
功能：获取定时器的当前预分频器值。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针。
*/
uint16_t TIM_GetPrescaler(TIM_TypeDef* TIMx);

6.2 中断相关函数

c 复制代码

/*
功能：检查指定定时器的中断是否被触发，即获取指定的中断标志位的状态。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针（例如 TIM1, TIM2 等）。

TIM_IT：要检查的定时器中断类型。常见的定时器中断类型包括：

TIM_IT_Update：更新中断标志（计数器溢出或自动重载值更新时触发）。

TIM_IT_CC1：捕获比较 1 中断标志。

TIM_IT_CC2：捕获比较 2 中断标志。

TIM_IT_CC3：捕获比较 3 中断标志。

TIM_IT_CC4：捕获比较 4 中断标志。

这些中断类型常见于定时器的配置中，当定时器达到特定条件时触发中断。
*/
ITStatus TIM_GetITStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);

/*
功能：清除指定的定时器中断挂起标志。定时器中断的挂起标志位在中断发生时会被设置，该函数用于手动清除该标志位，通常在处理中断后调用，确保中断不会重复触发。

参数：

TIMx：指向目标定时器的指针（例如 TIM1, TIM2 等）。

TIM_IT：要清除的定时器中断类型（与 TIM_GetITStatus 中使用的类型相同）。

例如，TIM_IT_Update、TIM_IT_CC1 等。
*/
void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);

6.3 外部时钟

知识点回顾

基础

STM32的定时器主要分为哪几类？它们之间有什么区别？

请简要描述STM32定时器的主要功能有哪些？

定时器的时钟源可以来自哪里？如何配置不同的时钟源？
通用TIM

通用定时器有哪几种计数模式？请分别描述它们的特点。

如何配置定时器的向上计数模式？请描述相关寄存器的设置。

什么是定时器的预分频器(Prescaler)和自动重装载寄存器(ARR)？它们的作用是什么？

请解释PWM输出的原理，并描述如何在STM32定时器上配置PWM输出。

什么是输出比较功能？如何配置定时器的输出比较模式？
主从触发

什么是定时器的主从模式？有什么应用场景？

请举例说明如何配置一个定时器作为主设备，另一个作为从设备？

定时器之间可以通过哪些信号进行同步？
高级TIM

高级定时器相比通用定时器有哪些额外的功能？

如何配置互补PWM输出？需要考虑哪些保护机制？

什么是死区时间？为什么在电机控制中需要设置死区时间？
中断配置

定时器中断配置的基本流程是什么？

定时器可以产生哪些类型的中断？如何使能这些中断？

在中断服务函数中，如何判断是哪个定时器中断源触发了中断？
实际应用

如何使用定时器测量外部脉冲的频率和占空比？

如何利用定时器实现精确的延时功能？

在低功耗应用中，如何配置定时器以最小化功耗？