TIM控制器原理

一、介绍

1.1 对信号进行计时

定时器可以测量外部输入信号的时间参数，包括：

功能	说明	应用场景
输入捕获	测量信号上升沿或下降沿到来的时刻	计算脉冲宽度、频率测量
PWM输入捕获	同时捕获周期和占空比	测量PWM信号的高电平时间和低电平时间
测量脉宽	记录两个边沿之间的时间差	解码遥控器信号（如红外、接收机PWM）
测频率	在固定时间内统计脉冲个数	测量电机转速编码器反馈、外部脉冲计数

举例：

测量电机编码器输出脉冲的频率 → 计算出转速
测量舵机控制信号的脉宽（1ms~2ms） → 转换为角度

1.2 读取信号时间

定时器可以按固定的时间间隔去读取外部信号状态，并做出响应：

功能	说明	应用场景
输出比较	定时到达设定值时翻转或改变IO口状态	产生PWM波（舵机、电机调速、LED调光）
周期中断	每次计数溢出时产生中断	固定时间间隔采样、系统心跳、按键扫描
单脉冲模式	到达设定时间后输出一个单次脉冲	触发其他设备动作、延时控制

举例：

设定每1ms产生一次中断 → 读取传感器数据（如加速度计）
输出比较产生50Hz、占空比可调的PWM → 控制舵机角度

1.3 软件定时缺陷

1.定时不准：涉及到入栈和出栈

2.CPU死等：浪费资源

1.4 核心组成

组成部分	作用
时钟	提供稳定的计数脉冲（如1MHz、1kHz），决定计数速度
计数器	在每个时钟脉冲到来时，计数值加1（或减1）（可能有多种计数方式）
重装载值	设定计数器的计数目标（计到多少时产生事件）
中断	计数器达到重装载值时触发，通知CPU执行任务

1.5 工作流程

复制代码

时钟脉冲 → 计数器不断累加 → 计数值 == 重装载值 → 触发中断 → 计数器清零重来

时钟提供稳定的脉冲信号
计数器 每来一个脉冲就加1
当计数值达到 重装载值 时
产生中断（或触发事件）
计数器清零，重新开始计数

1.6 定时器分类

1.6.1 常规定时器

定时器类型	核心功能	特有功能	典型应用
基本定时器	只有计数功能，无输入捕获和输出比较	结构简单，可触发DAC	基础定时、DAC触发
通用定时器	计数 + 输入捕获 + 输出比较 + PWM	功能灵活，可测信号、可输出PWM	信号捕获、PWM生成（电机、背光）
高级定时器	通用定时器的全部功能	死区时间控制、刹车机制	电机控制、复杂功率信号、需要安全机制的应用

二、基本定时器

2.1 基本定时器

STM32F4xx 系列的基本定时器有 TIM6 和 TIM7，两者相互独立，不共享资源。

2.2 两大核心功能

功能	说明
生成时基（定时）	提供精准的时间基准，实现定时功能
驱动 DAC	内部连接到 DAC，可通过触发输出驱动数模转换器

2.3 主要特性

特性	说明
计数器	16 位，递增计数
自动重装载	计到设定值后自动清零重新开始
预分频器	16 位可编程，分频系数 1~65536，运行时可修改；降低时钟频率，让定时时间可以更长
触发输出	可触发 DAC 进行数模转换
中断/DMA	计数器上溢（计满）时，可产生中断或 DMA 请求

基本定时器结构框图

2.4 基本定时器组成

2.4.1 时钟源

基本定时器（TIM6/TIM7）的时钟源（CK_INT）来源于 APB1 总线时钟。

2.4.2 预分频器（PSC）

对定时器输入时钟（CK_INT）进行分频，降低频率，实现更灵活的时间控制。

关键规则

项目	说明
时钟源	APB1 总线时钟
寄存器	TIMx_PSC
实际分频值	TIMx_PSC + 1
分频范围	1 ~ 65536
PSC = 0	不分频，时钟最快
PSC 越大	时钟越慢，定时时间越长
一句话	预分频器对 APB1 时钟进行分频，实际分频值 = PSC寄存器值 + 1

影子寄存器

项目	说明
分频范围	1 ~ 65536
控制方式	TIMx_PSC 寄存器的 16 位值
实时更改	支持（因为有缓冲）
生效时机	下一更新事件发生时，预分频器的值先更新到影子寄存器，实际输出分频 = 影子寄存器值 + 1

2.4.3 计数器

项目	说明
时钟来源	预分频器输出 CK_CNT
计数模式	仅支持递增计数（基本定时器）
计数寄存器	TIMx_CNT
启动条件	TIMx_CR1 寄存器中的 CEN 位置 1
启动延迟	CEN 置 1 后，一个时钟周期后计数器才真正开始
计数范围	从 0 → 自动重载值（TIMx_ARR）（实际计数要减一，因为从0开始）
上溢事件	计到 ARR 后，下一时钟回到 0 并产生上溢事件

TIMx_CNT存放计数器的值；TIMx_ARR存放的是用户设计的目标值

时序图

CNT_EN 是计数器使能信号，CEN 置 1 后一个时钟周期有效，高电平期间计数器正常工作。

2.4.4 自动重载器

项目	说明
作用	控制计数器的最大计数值，决定溢出时间
寄存器	TIMx_ARR（预装载寄存器）
影子寄存器	实际生效的寄存器，预装载寄存器的值在更新事件时传入
溢出条件	TIMx_CNT = TIMx_ARR
溢出后	CNT 自动清零，产生更新事件（UEV）
预装载生效方式	由 TIMx_CR1 寄存器的 ARPE 位控制
ARPE = 0	或后为1；写入 ARR 后立即生效（直接进影子寄存器）
ARPE = 1	或后为0；写入 ARR 后，等下一次更新事件（UEV）时才生效
更新事件产生条件	计数器上溢且 TIMx_CR1 寄存器中的 UDIS 位 = 0
软件更新	也可通过软件产生更新事件

2.5 UEV 事件的产生

项目	说明
UEV来源1	计数器上溢（CNT = ARR）
UEV来源2	软件手动触发（TIMx_EGR 寄存器的 UG 位置 1）
允许产生条件	TIMx_CR1 寄存器中的 UDIS = 0
禁止产生条件	TIMx_CR1 寄存器中的 UDIS = 1
UDIS = 0 时	上述两种来源都能正常产生 UEV
UDIS = 1 时	上述两种来源都无法产生 UEV

2.6 定时周期计算公式

2.7 单脉冲模式（OPM）

项目	说明
控制位	TIMx_CR1 寄存器的 OPM 位（位3）取决于 TIMx_CR1.OPM 位域
OPM = 0	计数器在发生更新事件时不会停止，继续循环计数（连续模式）
OPM = 1	计数器在发生下一更新事件时自动停止（CEN 位被清零），只运行一个周期

2.8 更新中断和DMA请求

项目	说明
控制位	TIMx_CR1 寄存器的 URS 位
URS = 1	只有计数器上溢时，才产生更新中断和DMA请求
URS = 0	以下所有事件都会产生更新中断和DMA请求： ① 计数器上溢 ② 软件将 UG 位置 1 ③ 从模式控制器生成的更新事件
上溢时机	CNT = ARR 后，下一个时钟周期产生溢出（共计了 ARR+1 个数）
前提条件	UDIS = 0（允许产生更新事件）

URS = 1 时只有上溢才触发中断/DMA；URS = 0 时上溢、手动UG、从模式触发都能触发。