STM32 定时器（hal库）

**定时器：**

定时器就是计数器，定时器除了能实现普通的定时功能，还能实现捕获脉冲宽度，计算PWM占空比，输出PWM波形，编码器计数等...

在STM32的F10系列芯片中，最有有8个定时器可以使用，其中TIM6与TIM7是基本定时器，它们只有简单的定时功能（以及一个触发DAC的功能）；TIM2~5是通用定时器；TIM1和8是高级定时器，一般用于电机领域

基本定时功能：

可以看到只要有一个稳定的方波信号，每当有一个上升沿到达计数器，寄存器上存储的值就会+1，例如100Hz就是1秒输出一百个脉冲，所以计数器的值到100就是1秒，那哪来的稳定方波信号呢，答案就在我们上一小节的介绍时钟源&时钟树 这里，只要我们将APB1定时器设为72MHz，那么进入基本定时器的脉冲频率就是72MHz

但我们可以看到计数器只有2字节大小，最多只能计65536次，远远不够72M，这怎么办呢？那我们就可以用到我们的预分频器了，例如当预分频器设为n-1时，那它就是n次分频，也就是说当它接收到n次上升沿信号时，才会输出一次方波信号，这跟计数器原理很相似，不过计数器是+1，预分频器是输出一个方波信号。

知道了计时，那么如何实现定时功能呢？

自动重装载寄存器：

它的值就是实时监控计数器的值是否与自己的相同，当计数器记得与自己相同的值时，便将计数器的值重置为0，并且可以触发一次定时器更新中断，通知STM32定时时间到了，如果我们想定时m个脉冲，就需要设置自动重装载寄存器的值为m-1

接下来我们就开始配置CubeMX吧：

首先点击Timers，注意我们使用的STM32f103c8t6只有四个定时器，即1个高级定时器TM1，和剩下的三个通用定时器 ，以定时器TIM4为例子，选择TIM4,然后到TIM4页面把interna Clock（内部时钟）勾上

如果想选择TIM2，则是将时钟源（Clock Source）选择为internal Clock（内部时钟）

接下来是定时器参数配置：

这里的计算公式是（想要设置的定时时间=脉冲频率（72MHz）/PRS（预分频器值）/CCR（自动重装载寄存器值） ），所以我们设置预分频器的值，让72MHz变成10000Hz，然后设置自动重装载值，计数一万次，就实现了定时一秒的效果：

注意这里的两个值，因为是从0开始，因此-1！按照上面这样设置，计数器里的值从0数到9999的时候就会从0开始重新计数。

接下来是时钟源选择：

我们按照上一小节：

外部高速时钟源（HSE）设置为晶振（Crystal/Ceramic Resonator）提高精度

这里补充一个图：

这张图可以看到哪个外设搭载了哪根时钟线，可以看到我们通用定时器都搭载在APB1上，而APB1外设时钟线为32MHz，不过经过倍频器，我们的APB1定时器时钟线升为了72MHz。

**接下来就是代码：**

  __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_RXNE);           // 使能接收中断
  HAL_TIM_Base_Start(&htim4);
  uint16_t Count=0;

  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    Count=__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim4);
    sprintf(Message,"Count:%d",Count);
		HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,(uint8_t*)Message,strlen(Message));
    HAL_Delay(99);

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

这是一个每100毫秒，串口发送一次计数器值的函数，**HAL_TIM_Base_Start(&htim4);函数是定时器启动函数， __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim4);是获取计数器值的函数 **

**注意：**延时100ms（HAL_Delay函数有个小bug，想要准确延时100ms，参数需要填99）后发送一次计数器值

除了上面的一个宏定义，还有下面这几个：

/* 设置计数器的值
 * 第一个参数为句柄,第二个参数为值
 */
__HAL_TIM_SetCounter
 
/* 获得重装载值
 * 只有一个参数,传入句柄
 */
__HAL_TIM_GetAutoreload
 
/* 设置重装载值
 * 句柄+值
 */
__HAL_TIM_SetAutoreload
 
/* 设置预分频值
 * 句柄+值
 */
__HAL_TIM_SET_PRESCALER

**知识点补充：**

可以看到，预分频器和自动重装载 都有一个影子寄存器的结构，而真正工作的是影子寄存器，我们通过 __HAL_TIM_SET_PRESCALER 宏将新的预分频值给到预分频寄存器后，直到计数器的值归零后，才会把新的预分频值给它的影子寄存器

不过自动重装载寄存器的影子寄存器，在我们设置完后，也是在下个周期（计数器的值归零）后生效 ，这样的好处是不会影响当前的计数周期。不过重装载寄存器可以自己控制是否开启影子寄存器机制，默认是关闭影子寄存器的 ，来到CubeMX，这个选项设置成Enable就是打开：

要注意的是：如果我们没启动重装载寄存器的影子寄存器机制，那么当我们将重装载寄存器的数值调小时，可能会小于当前计数器的值，这样的话计数器会数到最大值65535才会触发更新，回到0开始下一次计数。

不过不要忘记我们的初心是实现定时，这就涉及到了定时器的更新中断 ，所谓更新中断，就是每次计数器的值到与重装载值相同时，将计数器值清0重新开始计时，触发的中断，CubeMX设置如下：

选择NVIC，勾上打开定时器TIM4的全局中断功能。

然后用到我们的定时器周期结束中断回调函数：

uint8_t Data[]="Hello"
  void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
  {
	  if(htim==&htim4)
    {
      HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,Data,sizeof(Data));
    }
  }

这样就实现了每秒发送一次hello，注意开启定时器函数要改成HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim4);

最后我们会围绕这个来教学：

**外部时钟与循迹模块：**

上节我们了解了预分频器的时钟源来自STM32时钟树上挂载的APB的时钟线，因为APB时钟线在STM32内部，所以我们也称这个脉冲信号为定时器的"内部时钟"信号 ，那我们能不能对来自GPIO口的信号进行计数呢？这当然可以

触发控制器 是用来触发预分频器进而触发计数器进行计数的，那么我们就将GPIO口接入触发控制器就可以实现对外部信号进行计数。

STM32并没有直接将GPIO口接入进来，F103芯片上，每个定时器（本芯片只有TIM1~4 ）有4个输入通道，其输入的信号称为TI1到TI4（TIM Input） ，其中TI3和TI4并没有接入到触发控制器，因此先忽略；STM32为每个通道都配套了输入滤波器和边沿检测器 ，边沿检测器可以检测输入信号的边沿并输出一个脉冲 （可检测上升沿、下降沿、双边沿）；对于通道1（TI1）来说，其边沿检测器输出的脉冲信号有两个（TI1FP1和TI1FP2），通道2（TI2）也有两个（TI2FP1和TI2FP2），其中TI1FP2和TI2FP1 后面才会用到，因此先忽略；TI1FP1和TI2FP2来到了触发控制器前，另外通道1（TI1）上还有一根称为TI1_ED 的信号也来到触发控制器前（TI1FP1和TI2FP2可以选择三种边沿触发方式，TI1_ED只能由双边沿触发产生脉冲 ），这三个信号会连接到触发器（即只能选择一个作为输入信号） ，触发器又接入到触发控制器中一个叫做从模式选择器 的结构；除了来自通道1和通道2的这三根信号，触发器还有一个独立的外部时钟信号 ，外部触发器 ETR （External Trigger），ETR经过极性选择、边沿检测、预分频以及输入滤波 ，其中边沿检测只能检测上升沿 ，但是极性选择可以将电平的极性翻转 ，因此极性选择和边沿检测配合就能检测上升沿和下降沿 ；ETR最终进入到触发器。被触发器选择后进入从模式控制器的这条路我们称之为** "外部时钟模式1" **，而ETR除了能进入触发器外，还能独立直接进入触发控制器（注意不是从模式控制器），这条独享的路称之为"外部时钟模式2"，为何要如此设置后面会讲到 。

循迹模块：

模块上有一个电位器（变阻器），可以通过小螺丝刀调节其阻值，进而调节此模块的检测阈值，如下：

当红外光强度大于阈值时（黄色的线），模块上的小灯就会亮起，同时模块上的DO引脚会输出低电平 ，红外光小于阈值时相反，灯灭，DO 输出高电平 ：

因此，模块面前有可以反射红外光的物体时，DO引脚输出低电平，当模块面前没有物体，或者有黑色物体吸收了红外光时，DO引脚输出高电平，所以假如我们在传送带边缘铺上一圈黑白间隔条纹，运动起来时模块的DO引脚会输出方波信号，将此信号接入定时器中，我们就可以对黑白交替的次数进行计数

**外部时钟模式2：**

接下来我们开始配置CubeMX：来到CubeMX，这次先不要设置HCLK为72MHz，而是保持在8MHz（跟我们的滤波器有关，后面补充），打开Timers，这次我们使用TIM2，这是因为由于该芯片引脚有限，TIM3、4没有引出外部触发器ETR的引脚，进入TIM2的设置，选择时钟源（Clock Source）为ETR2

选择ETR2（外部触发器）后就可以看到PA0引脚被标记为了TIM2_ETR,也就是说我们可以通过PA0 引脚将循迹模块DO引脚输出的方波信号引入到定时器

接下来是ETR2的参数配置：

这些参数保持默认就好了，预分频的存在是因为最终输入到触发器的ETR信号最快只能是内部时钟（APB1/APB2）频率的1/4，因此通过这个分频器可以把速度降下来，但是我们本次的输入信号并不快，所以就不设置了

**下面是获取计数器值代码：**

  HAL_TIM_Base_Start(&htim2);     //开启定时器
  OLED_Init();

  char Message[20];
  uint16_t Count=0;


  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    Count=__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2);    //获取定时器值
    sprintf(Message,"Count:%d",Count);      //拼接字符串
    OLED_ShowString(1,1,Message);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

通过OLED屏幕，可以发现，这个计数器值变化的有的快，这是因为经过黑白边缘，因为各种原因产生非常多的抖动脉冲，所以我们要消除这些抖动脉冲才能正常计数，那怎么消除呢，这就用到了输入滤波器

大多是情况下，抖动脉冲的宽度都远远小于真正的脉冲宽度，所以此滤波器都会按照一定的采样频率f检验每个经过它的脉冲，如果N次检验后脉冲还没有结束，就判断这次脉冲有效，否则不行，接下来我们进入CubeMX进行检验吧：

我们可以通过配置Clock Filter（滤波器）来配置f和n，大多数情况下都选择最大值15。

我们可以看到采样频率f的值与内部时钟有关的，内部时钟频率越大，采样频率越快，太快就会导致正常脉冲宽度太窄，所以我们采用的是8MHz内部时钟频率。

现在来实现一开始要的效果，测传送带的速度，需要在CubeMX设置自动重装载值为10，并且开启中断，我直接给出代码（作为参考，重点是学习外部时钟）：

在这里插入代码片

**外部时钟模式1：**

首先我们关闭时钟源的选项，然后从模式（Slave Mode）选择为外部时钟模式1（External Clock Mode 1） ，然后再选择到底是使用触发器的哪一条路输入，这里我们选择ETR1（外部触发器1）

可以看到Clock设置变成了Trigger（触发器设置） ，不过参数还是一样的，这里触发器过滤器（Filter）还是选择15

接着就保存并生成代码，这里只是底层硬件设置做了改动，而代码逻辑没有变化，所以不需要更改代码。

接着触发器源我们试试TI1_ED吧

可以看到TI1_ED的触发器设置只有过滤器，因为TI1_ED只能是双边沿触发的产物，没有极性选择了。

接着是TI2FP2

这里可以看到极性选择有三种，上升沿触发，下降沿触发，以及双边沿触发，不过要注意这里的引脚变成了PA1

定时器从模式

上小节我们了解到定时器的输入通道TI1、TI2和ETR（外部触发器）都可以在经过触发器选择后，引入到从模式控制器中，在CubeMX中我们只需要将从模式（Salve Move）选择外部时钟模式1 ，选择一个触发源 ，就可以将GPIO口信号引入到定时器中 ，驱动计数器进行计数。

但我们也可以看到从模式 选择除了外部时钟模式1 还有另外三种模式，外部时钟模式1的功能是给定时器提供计数的信号 ，而这三种模式的功能，则是控制定时器的工作状态 ，它们分别是：复位模式，门模式，以及触发模式 ，下面我们就来认识一下吧。

复位模式

它可以对定时器的计数状态** 进行复位 ，假设从模式被配置成复位模式，由于 从模式控制器不再是外部时钟模式1（而是复位模式），也就不能为定时器提供计数信号**，所以我们需要使用另外的时钟源，如果单纯的计时，可以使用内部时钟，想对外部信号进行计数，也可以使用外部触发器ETR ，通过外部时钟模式2接入定时器 （这就是为何ETR可以独辟蹊径，跳过触发器，直接接到触发控制器的原因，即在从模式控制器被占用时，还可以从ETR引入外部信号 ）。 回到正题，假设我们这是使用内部时钟源，预分频器设置为0，自动重装载寄存器设置为5，另外从模式的触发源选择为TIFP1上升沿触发 ；那么在定时器正常的计数过程中（0~5），如果TI1输入了一个带上升沿的信号，就会从TI1FP1输出一个脉冲 ，进入到从模式控制器 ，此时从模式控制器就会执行复位模式的功能：将定时器进行复位，所谓复位操作其实与自动重装载一样，也是进行更新事件（计数器清零、设置对应的影子寄存器、触发定时器更新中断（如果开启了中断））。

下面我们就开始配置CubeMX吧

这里配置是5秒定时，触发一次更新中断

下面是代码：

uint8_t Update_Count=0;     //每进一次中断加1
uint8_t Trigger_Count=0;    //触发器触发一次加1
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)   //更新中断回调函数
{
  if(htim==&htim2)
  {
    Update_Count++;
  }
  if(__HAL_TIM_GET_FLAG(htim,TIM_FLAG_TRIGGER)==SET)    //判断触发器标志位，置1说明触发
  {
    Trigger_Count++;
    __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(htim,TIM_FLAG_TRIGGER);		//标志位清0
  }
}


  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);     //开启定时器并使能更新中断
  OLED_Init();
  char Message[20];
  uint16_t Count=0;


  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */

    Count=__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2);    //获取定时器值
    sprintf(Message,"Count:%d",Count);      //拼接字符串
    OLED_ShowString(1,1,Message);
    OLED_ShowNum(2,1,Update_Count,3);
    HAL_Delay(100);
  }

从这个代码，我们就可以观察到OLED屏幕上，5秒时间到，定时器值清0，触发一次更新中断，Update_Count加1，而循迹模块输入一个上升沿，定时器值也会清零，并触发一次更新中断，那怎么判断这个更新中断是复位模式还是自动重装载？ ，其实除了触发一次更新中断会置标志位外，从模式控制器在接收到触发信号后，还会设置一个触发器中断标志 ，如下图：

门模式：

保持上面的设置都不变，只不过从模式设置成门模式：当输入信号为高电平（严格讲是检测到上升沿）时，门就打开，时钟信号可以进入到定时器，定时器正常计数；当输入信号为低电平（检测到下降沿）时，门就关闭，定时器暂停计数，输入通道的边沿检测器就可以改变高低电平对门的开关控制。

来到CubeMX，将从模式改为门模式，其他无需修改，这里需要注意的是：门模式下，控制信号出现下降沿或者上升沿，从模式器就会暂停计数器计数或者开启计数器计数，这两个边沿的时刻会将触发器中断标志位置1，但和复位模式不同，只是将标志位置1，并不复位计数器值，也不触发定时器更新中断（不调用回调函数），因此代码这样写：

代码如下：

	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);     //开启定时器并使能更新中断
  OLED_Init();
  uint16_t Count=0;
  uint8_t Trigger_Count=0;    //触发器触发一次加1

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */

  if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim2,TIM_FLAG_TRIGGER)==SET)    //判断触发器标志位，置1说明触发
  {
    Trigger_Count++;
    __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim2,TIM_FLAG_TRIGGER);      //清除标志位
  }

    Count=__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2);    //获取定时器值
    sprintf(Message,"Count:%d",Count);      //拼接字符串
    OLED_ShowString(1,1,Message);
    OLED_ShowNum(2,1,Update_Count,3);
    OLED_ShowNum(3,1,Trigger_Count,3);
    HAL_Delay(100);
	  
  }

通过OLED屏幕可以看到， 当循迹模块输出低电平时（由高变低），从模式触发并且一直输出一个数，证明计数器暂停了，变为高电平后计数继续，并且也将触发中断标志位置1。

触发模式：

它的作用就是检测到设定的边沿后，让定时器开始计数，不需要改代码，和门模式的代码一样，通过OLED可以看到，循迹模块输出高电平时，定时器开始计数，但输出低电平时，定时器并不会停止计数，但输出高电平时，Trigger_Count会+1，说明当循迹模块输出高电平时会将触发器标志位置1，那怎么停止计数呢？这时我们可以配合单脉冲模式使用（One Pulse Mode），所谓单脉冲模式就是不再开启循环计数，当计数到自动重装载时就会停止计数

知识点补充：

我们可以注意到，每次刚启动程序时，或者按下复位键，Update_Count（触发更新中断）就会+1，这是因为，在调用 MX_TIM2_Init();定时器初始化函数时，会将定时器更新中断标志位置1 ，所以我们在调用HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); 时，中断机制启动 ，NVIT马上会检测到更新中断标志置1，触发中断，进而回调了更新中断的回调函数，怎么解决呢，其实很简单，只要在HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);前面，调用一下 __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim2,TIM_FLAG_UPDATE);清除标志位函数就行了。