从零开始学嵌入式之STM32——31.高级定时器

1.高级定时器的高级功能

STM32ZET6F103系列芯片中配置了两个高级定时器：TIM1和TIM8。C8T6F103系列中配置了一个高级定时器：TIM1。其余系列芯片在使用前需要详细查阅芯片数据手册。高级定时器除了拥有通用定时器的所有功能外，还增加了三个高级功能：
（1）死区时间可编程的互补输出
（2）断路输入信号（刹车输入信号）
（3）重复计数器

2.高级定时器功能框图

下图是高级定时器的功能框图，通过对比通用定时器的功能框图可以发现，高级定时器的功能框图中增加了重复次数计数器、REP寄存器、DTG寄存器、DTG控制电路、输出控制电路、BRK输入电路、互补输出引脚等，通过这些新增的硬件电路和寄存器，实现了死区时间可编程、刹车输入信号、重复计数等高级功能。

3.高级功能介绍

（1）死区时间可编程的互补输出

高级定时器的通道1/2/3可以分别输出2路互补信号：CHx和CHxN。（注意：通道4没有此功能）互补信号：频率周期相等，相位差180°。

死区时间可编程的互补输出一般用于驱动H桥电路中，**H桥电路：**用于驱动电流较大的负载，例如电机。

在上图中：
CH1输出高电平时，Q1和Q4导通，电机正传
CHN1输出高电平时，Q2和Q3导通，电机反转
理论上，CH1和CH1N永远相反，所以可以非常方便的控制电机的转动。但是由于MOS管的特性：开启动作快，关断动作慢，如果不对这个时间差进行调整，在真实的运行环境中，会有一段时间内Q1、Q2、Q3、Q4同时导通，这种情况会直接导致短路，烧毁芯片。
为了避免以上情况，就需要用到高级定时器中的死区时间来做调整。
下图是带死区插入的互补输出：

OCxREF：标准信号
OCx和OCxN的低电平立即变化
OCx和OCxN的高电平延迟变化
上面的解决思路是：
在驱动电平进行翻转时，互补输出的两个引脚在即将输出有效电平（上图中的有效电平是高电平）时，插入一段可以编程的延时，这段时间正好是MOS管的开关的速度差。这样就避免了短路的问题。
简言之：有效电平到无效电平：立即翻转；无效电平到有效电平：延时后翻转。

（2）断路输入信号（刹车输入信号）

断路输入信号（刹车输入信号）的作用是通过检测一个触发事件，当对应的事件发生时，关断定时器对应通道的输出。外部输出或时钟失效事件可以触发刹车动作。

（3）重复计数器

次重复计数器主要用于实现重复多次的计数器溢出，可以将定时器的计时时间延长。重复次数计数器 中的值是通过RCR寄存器设置，RCR寄存器中的REP控制位共计8位，因此，可以实现0-255次的重复溢出。
自动重装载寄存器 计数完毕后会向重复次数计数器 发送一个事件，使得其中的数值减一 ，当重复次数计数器中的值等于0时候，发出中断事件。
例：如果REP的是为2时，CNT计数溢出3次产生一次更新事件。
可以用这个功能产生固定周期数的PWM输出

4.高级定时器寄存器介绍

在之前的基本定时器和通用定时器中的介绍可知，在定时器中存在着一些影子寄存器，这是为了方便在定时器运行中改变一些关键的参数。下图是高级定时器中存在影子的寄存器。

5.实验--输出有限个周期的PWM波

（1）需求

用寄存器实现。输出5个周期的PWM波，频率2Hz，观察发光二极管闪烁5次，或者
用示波器观察波形。
需求实现思路：使用高级定时器的重复计数器，当计数器溢出时，在溢出中断中停止定时器工作。重复计数器寄存器的值设置为4,即可输出5个周期的PWM波,发光二极管会闪烁5次。

（2）硬件电路

（3）整体配置思路

使用寄存器实现，主要的配置思路如下：
1.打开定时器、GPIO对应模块的时钟
2.配置对应GPIO引脚配置为复用功能推挽输出模式，CNF-10;MODE-11
3.定时的器基础参数配置：
*

预加载
配置预分频系数
配置自动重装载计数器
计数方向：向上计数
循环次数设置
4.PWM配置
- 通道模式配置
- 设置PWM的初始占空比
- 通道极性选择
- 通道使能
开主输出使能（注意：这个配置是高级定时器中需要额外增加的）
5.将设置的值都刷新到对应的寄存器中，
- 设置URS位，在更新UG时不产生中断，仅在定时器上下溢出时或发生更新事件时触发中断
手动产生一个更新事件，将设置的值都刷新到对应的影子寄存器中
6.配置中断
- 使能定时器的更新事件中断，当重复计数器中的值为0后再次向下减时产生更新事件
中断组、优先级配置
7.将开启定时器、关闭定时器包装成独立的函数，以便调用
8.配置中断服务函数，在中断中关闭定时器
- 清除中断标志位
- 关闭定时器

（4）实现代码

cpp 复制代码

#include "tim.h"

void Tim1_Init(void)
{
    // 1.打开时钟
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_TIM1EN;
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;

    // 2.通道1输出PWM，引脚GPIOA8引脚配置为复用功能推挽输出模式，CNF-10;MODE-11
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_CNF8_1;
    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF8_0;
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE8;

    // 3.定时器基础配置
    // 3.1.预加载功能配置，开启预加载
    TIM1->CR1 |= TIM_CR1_ARPE;
    // 3.2.配置预分频系数，7199，分频后得到10KHz
    TIM1->PSC = 7199;
    // 3.3.配置自动重装载计数器，4999，得到500ms一次溢出
    TIM1->ARR = 4999;
    // 3.4.计数方向：向上计数
    TIM1->CR1 &= ~TIM_CR1_DIR;
    // 3.5.循环次数设置
    TIM1->RCR = 4;
    
    // 4.PWM配置
    // 4.1通道1模式配置，输出模式:CC1S-00，PWM模式1:OC1M-110
    TIM1->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_CC1S;

    TIM1->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1M_2;
    TIM1->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1M_1;
    TIM1->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_OC1M_0;

    // 4.2.设置CCR1的值，设定PWM的初始占空比
    TIM1->CCR1 = 2500;

    // 4.3.通道极性选择,低电平有效
    TIM1->CCER |= TIM_CCER_CC1P;
    // 4.4.通道使能
    TIM1->CCER |= TIM_CCER_CC1E;
    // 4.5.开主输出使能
    TIM1->BDTR |= TIM_BDTR_MOE;

    // 5.手动产生一个更新事件，将设置的值都刷新到对应的影子寄存器中
    // 5.1.设置URS位，在更新UG时不产生中断，仅在定时器上下溢出时或发生更新事件时触发中断
    TIM1->CR1 |= TIM_CR1_URS;
    TIM1->EGR |= TIM_EGR_UG;

    // 6.配置中断
    // 6.1.使能定时器的更新事件中断，当重复计数器中的值为0后再次向下减时产生更新事件
    TIM1->DIER |= TIM_DIER_UIE;
    // 6.2.中断组、优先级配置
    NVIC_SetPriorityGrouping(3);
    NVIC_SetPriority(TIM1_UP_IRQn, 3);
    NVIC_EnableIRQ(TIM1_UP_IRQn);
}

// 开启定时器
void TIM1_Start(void)
{
    TIM1->CR1 |= TIM_CR1_CEN;
}

// 关闭定时器
void TIM1_Stop(void)
{
    TIM1->CR1 &= ~TIM_CR1_CEN;
}

// 中断服务函数
void TIM1_UP_IRQHandler(void)
{
    // 判断中断源
    if(TIM1->SR & TIM_SR_UIF)
    {
        // 1.清除中断标志位
        TIM1->SR &= ~TIM_SR_UIF;
        // 关闭定时器
        TIM1_Stop();
    }
}