STM32系统学习——TIM(基本定时器)

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一、定时器分类
STM32F1 系列中,除了互联型的产品,共有 8 个定时器,分为基本定时器,通用定时器和高级定时器。基本定时器 TIM6 和 TIM7 是一个 16 位的只能向上计数的定时器,只能定时,没有外部 IO。通用定时器 TIM2/3/4/5 是一个 16 位的可以向上/下计数的定时器,可以定时,可以输出比较,可以输入捕捉,每个定时器有四个外部 IO。高级定时器 TIM1/8是一个 16 位的可以向上/下计数的定时器,可以定时,可以输出比较,可以输入捕捉,还可以有三相电机互补输出信号,每个定时器有 8 个外部 IO。

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二、功能框图剖析

基本定时器的核心是时基,通用计时器和高级定时器也有。
1、时钟源
定时器时钟TIMxCLK,即内部时钟CK_INT,经APB1预分频器后分频提供,如果APB1 预分频系数等于 1,则频率不变,否则频率乘以 2,库函数中 APB1 预分频的系数是 2,即 PCLK1=36M,所以定时器时钟 TIMxCLK=36*2=72M 。
2、计数器时钟
定时器时钟经过 PSC 预分频器之后,即 CK_CNT,用来驱动计数器计数。PSC 是一个16 位的预分频器,可以对定时器时钟 TIMxCLK 进行 1~65536 之间的任何一个数进行分频。
具体计算方式为:CK_CNT=TIMxCLK/(PSC+1)。
3.计数器
计数器 CNT 是一个 16 位的计数器,只能往上计数,最大计数值为 65535。当计数达到自动重装载寄存器的时候产生更新事件,并清零从头开始计数。
4、自动重装载寄存器
自动重装载寄存器 ARR 是一个 16 位的寄存器,这里面装着计数器能计数的最大数值。当计数到这个值的时候,如果使能了中断的话,定时器就产生溢出中断。
5. 定时时间的计算
定时器的定时时间等于计数器的中断周期乘以中断的次数。计数器在 CK_CNT 的驱动下,计一个数的时间则是 CK_CLK 的倒数,等于:1/(TIMxCLK/(PSC+1)),产生一次中断的时间则等于:1/(CK_CLK * ARR)。如果在中断服务程序里面设置一个变量 time,用来记录中断的次数,那么就可以计算出我们需要的定时时间等于: 1/CK_CLK *(ARR+1)*time。
三、定时器初始化结构体详解
在标准库函数头文件stm32f10x_tim.h中对定时器外设建立了四个初始化结构体,基本定时器只用到其中一个即TIM_TimeBaseInitTypeDef,其他三个在高级定时器章节讲解。

 typedef struct {
 uint16_t TIM_Prescaler; // 预分频器
 uint16_t TIM_CounterMode; // 计数模式
 uint32_t TIM_Period; // 定时器周期
 uint16_t TIM_ClockDivision; // 时钟分频
 uint8_t TIM_RepetitionCounter; // 重复计算器
 } TIM_TimeBaseInitTypeDef;

(1) TIM_Prescaler:定时器预分频器设置,时钟源经该预分频器才是定时器时钟,它设定TIMx_PSC 寄存器的值。可设置范围为 0 至 65535,实现 1至 65536 分频。
(2) TIM_CounterMode:定时器计数方式,可是在为向上计数、向下计数以及三种中心对齐模式。基本定时器只能是向上计数,即 TIMx_CNT只能从 0开始递增,并且无需初始化。
(3) TIM_Period:定时器周期,实际就是设定自动重载寄存器的值,在事件生成时更新到影子寄存器。可设置范围为 0至 65535。
(4) TIM_ClockDivision:时钟分频,设置定时器时钟 CK_INT 频率与数字滤波器采样时钟频率分频比,基本定时器没有此功能,不用设置。
(5) TIM_RepetitionCounter:重复计数器,属于高级控制寄存器专用寄存器位,利用它可以非常容易控制输出 PWM 的个数。这里不用设置。
虽然定时器基本初始化结构体有 5 个成员,但对于基本定时器只需设置其中两个就可以。
四、基本定时器实验
本实验利用基本定时器 TIM6/7 定时 1s,1s 时间到 LED 翻转一次。基本定时器是单片机内部的资源,没有外部 IO,不需要接外部电路,现只需要一个 LED 即可 。
软件设计
编写两个定时器驱动文件,bsp_TiMbase.h 和bsp_TiMbase.h,用来配置定时器中断优先级和和初始化定时器 。

1、 编程要点
(1) 开定时器时钟 TIMx_CLK, x[6,7] ;
(2) 初始化时基初始化结构体 ;
(3) 使能 TIMx, x[6,7] update 中断;
(4) 打开定时器;
(5) 编写中断服务程序
通用定时器和高级定时器的定时编程要点跟基本定时器差不多,只是还要再选择下计数器的计数模式,是向上还是向下。因为基本定时器只能向上计数,且没有配置计数模式的寄存器,默认是向上。
2.、软件分析
基本 定时器宏定义

1 /********************基本定时器 TIM 参数定义,只限 TIM6、7************/
2 #define BASIC_TIM6 // 如果使用 TIM7,注释掉这个宏即可
3 
4 #ifdef BASIC_TIM6 // 使用基本定时器 TIM6
5 #define BASIC_TIM TIM6
6 #define BASIC_TIM_APBxClock_FUN RCC_APB1PeriphClockCmd
7 #define BASIC_TIM_CLK RCC_APB1Periph_TIM6
8 #define BASIC_TIM_IRQ TIM6_IRQn
9 #define BASIC_TIM_IRQHandler TIM6_IRQHandler
10 
11 #else // 使用基本定时器 TIM7
12 #define BASIC_TIM TIM7
13 #define BASIC_TIM_APBxClock_FUN RCC_APB1PeriphClockCmd
14 #define BASIC_TIM_CLK RCC_APB1Periph_TIM7
15 #define BASIC_TIM_IRQ TIM7_IRQn
16 #define BASIC_TIM_IRQHandler TIM7_IRQHandler
17 
18 #endif

基本定时器有 TIM6 和 TIM7,我们可以有选择的使用,为了提高代码的可移植性,我们把当需要修改定时器时需要修改的代码定义成宏,默认使用的是定时器 6,如果想修改成定时器 7,只需要把宏 BASIC_TIM6 注释掉即可。

基本定时器设定

void BASIC_TIM_Config(void)
2 {
3 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
4 
5 // 开启定时器时钟,即内部时钟 CK_INT=72M
6 BASIC_TIM_APBxClock_FUN(BASIC_TIM_CLK, ENABLE);
7 
8 // 自动重装载寄存器周的值(计数值)
9 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=1000;
10 
11 // 累计 TIM_Period 个频率后产生一个更新或者中断
12 // 时钟预分频数为 71,则驱动计数器的时钟 CK_CNT = CK_INT / (71+1)=1M
13 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= 71;
14 
15 // 时钟分频因子 ,基本定时器没有,不用管
16 //TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
17 
18 // 计数器计数模式,基本定时器只能向上计数,没有计数模式的设置
19 //TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
20 
21 // 重复计数器的值,基本定时器没有,不用管
22 //TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
23 
24 // 初始化定时器
25 TIM_TimeBaseInit(BASIC_TIM, &TIM_TimeBaseStructure);
26 
27 // 清除计数器中断标志位
28 TIM_ClearFlag(BASIC_TIM, TIM_FLAG_Update);
29 
30 // 开启计数器中断
31 TIM_ITConfig(BASIC_TIM,TIM_IT_Update,ENABLE);
32 
33 // 使能计数器
34 TIM_Cmd(BASIC_TIM, ENABLE);
35 
36 // 暂时关闭定时器的时钟,等待使用
37 BASIC_TIM_APBxClock_FUN(BASIC_TIM_CLK, DISABLE)
38 }

我们把定时器设置自动重装载寄存器 ARR 的值为 1000,设置时钟预分频器为 71,则驱动计数器的时钟:CK_CNT = CK_INT / (71+1)=1M,则计数器计数一次的时间等于:1/CK_CNT=1us,当计数器计数到 ARR 的值 1000 时,产生一次中断,则中断一次的时间为:1/CK_CNT*ARR=1ms。
在初始化定时器的时候,我们定义了一个结构体:TIM_TimeBaseInitTypeDef,TIM_TimeBaseInitTypeDef 结构体里面有 5 个成员,TIM6 和 TIM7 的寄存器里面只有TIM_Prescaler 和 TIM_Period,另外三个成员基本定时器是没有的,所以使用 TIM6 和TIM7的时候只需初始化这两个成员即可, 另外三个成员是通用定时器和高级定时器才有,具体说明如下:

1 typedef struct {
2 TIM_Prescaler // 都有
3 TIM_CounterMode // TIMx,x[6,7]没有,其他都有
4 TIM_Period // 都有
5 TIM_ClockDivision // TIMx,x[6,7]没有,其他都有
6 TIM_RepetitionCounter // TIMx,x[1,8,15,16,17]才有
7 } TIM_TimeBaseInitTypeDef;

定时器中断优先级配置

1 // 中断优先级配置
2 void BASIC_TIM_NVIC_Config(void)
3 {
4 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
5 // 设置中断组为 0
6 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);
7 // 设置中断来源
8 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = BASIC_TIM_IRQ ;
9 // 设置主优先级为 0
10 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
11 // 设置抢占优先级为 3
12 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
13 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
14 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
15 }

定时器中断服务程序

1 void BASIC_TIM_IRQHandler (void)
2 {
3 if ( TIM_GetITStatus( BASIC_TIM, TIM_IT_Update) != RESET ) {
4 time++;
5 TIM_ClearITPendingBit(BASIC_TIM , TIM_FLAG_Update);
6 }
7 }

定时器中断一次的时间是 1ms,我们定义一个全局变量 time,每当进一次中断的时候,让 time 来记录进入中断的次数。如果我们想实现一个 1s 的定时,我们只需要判断time 是否等于 1000 即可,1000 个 1ms 就是 1s。然后把 time 清 0,重新计数,以此循环往复。在中断服务程序的最后,要把相应的中断标志位清除掉,切记。

主函数

1 int main(void)
2 {
3 /* led 端口配置 */
4 LED_GPIO_Config();
5 
6 /* 基本定时器 TIMx,x[6,7] 定时配置 */
7 BASIC_TIM_Config();
8 
9 /* 配置基本定时器 TIMx,x[6,7]的中断优先级 */
10 BASIC_TIM_NVIC_Config();
11 
12 /* 基本定时器 TIMx,x[6,7] 重新开时钟,开始计时 */
13 BASIC_TIM_APBxClock_FUN(BASIC_TIM_CLK, ENABLE);
14 
15 while (1) {
16 if ( time == 1000 ) { /* 1000 * 1 ms = 1s 时间到 */
17 time = 0;
18 /* LED1 取反 */
19 LED1_TOGGLE;
20 }
21 }
22 }

函数做一些必须的初始化,然后在一个死循环中不断的判断 time 的值,time 的值在定时器中断改变,每加一次表示定时器过了 1ms,当 time 等于 1000 时,1s 时间到,LED1翻转一次,并把 time 清 0。

四、思考
1. 计算基本定时器一次最长定时时间,如果需要使用基本定时器产生 100s 周期事件有什么办法实现?
2. 修改实验程序,在保使其每 0.5s 翻转一次 LED1的同时在每 10s 翻转 LED2。

引用《STM32库开发实战指南》

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