32单片机基础:TIM定时中断

STM32中功能最强大,结构最复杂的一个外设——定时器

因为定时器的内容很多,所以本大节总共分为4个部分,8小节。

第一部分:主要讲定时器基本的定时功能,也就是定一个时间,然后让定时器每隔这个时间产生一个中断,来实现每隔一个固定时间执行一段程序的目的,比如你要做一个时钟,秒表,或者使用一些程序算法的时候,都需要用到定时中断的这个功能

第二部分:我们主要讲的是定时器输出比较的功能,输出比较这个模块最常见的用途就是产生PWM波形,用于驱动电机等设备,在这一部分,我们将会学到,使用STM32输出的PWM波形来驱动舵机和直流电机的例子

第三部分:我们主要讲的是定时器输入捕获的功能,在这部分,我们将会学习使用输入捕获这个模块来实现测量方波频率的例子,

第四部分:我们学习一下定时器的编码器接口,使用这个编码器接口,能够更加方便的读取正交编码器的输出波形,在编码电机测速中,应用十分广泛

简介

定时器就是一个计数器,当这个计数器的输入是一个准确可靠的基准时钟的时候,那它在这个基准时钟进行计数的过程,实际上就是计时的过程。比如在STM32中,定时器的基准时钟一般是主频72MHz,如果我对72MHz计72个数,那就是1MHz也就是1us的时间,如果计72000个数,那就是1KHz也就是1ms的时间。

计数器就是用来执行计数定时的一个寄存器,每来一个时钟,计数器加1,

预分频器,可以对计数器的时钟进行分频,让这个计数更加灵活。

自动重装寄存器就是计数的目标值,就是我们想要计多少个时钟申请中断。

这些定时器构成了定时器最核心的部分,我们把这一块电路称为时基单元,都是16位的,也就是65536,也就是如果预分频器设置最大,自动重装也设置最大,那定时器的最大定时时间就是59.65秒,接近一分钟。就是72M/65535/65535,得到的是中断频率。然后取倒数,就是这个时间。这就是最大的定时时间,应该说还是挺长的了,如果觉得不够长,STM32的定时器还支持级联模式,也就是一个定时器的输出,当做另一个定时器的输入,两个级联的话,就是59.65s乘以65536

再乘以65535.

注意:总线是不一样的,这个在RCC开启时钟的时候要注意一下。

不同的型号定时器种类是不同的,使用这个外设之前,一定要查一下它是不是有这个外设。别操到了不存在的外设,

高级定时器的额外功能是为了三相无刷电机的驱动设计的。

 由于基本定时器只能使用内部时钟。所以可以直接认为,连接到控制的那根线直接连到内部时钟CLK_INT.内部时钟的来源是RCC_TIMxCLK,这里的频率值一般都是系统的的72MHz,所以通向时基单元的计数频率就是72MHz,

预分频,它可以对这个72MHz的计数时钟进行预分配,比如这个寄存器写0,那就是不分频,或者说是1分频,这时候输出频率=输入频率=72MHz,那预分频写1,那就是2分频,输出频率=输入频率/2=36MHz.......所以预分频器的值和实际的分频系数相差了1.即实际分频系数=预分频器的值+1.这个预分频是16位的,所以最大值可以写65535,也就是65536分频,

计数器:这个计数器可以对预分频后的计数时钟进行计数。计数时钟每来一个上升沿,计数器的值加1.这个计数器也是16位的,所以里面的值可以从0到65535,再加的话,计数器就会回到0重新开始。所以计数器的值在计时过程中会不断地自增运行,当自增运行到目标值时,产生了中断,那就完成计时的任务。所以还需要一个存储目标值的寄存器,那就是自动重装寄存器。也是16位。它存的是我们写入的计数目标,在运行的过程中,计数值不断自增,自动重装值是一个固定的值,当计数值等于自动重装值时,就是计时时间到了,那它就会产生一个中断信号,并且清零计数器,计数器自动开始下一次的计数。

STM32定数器的一大主要特色,就是这个主从触发模式,它能让内部的硬件在不受程序的控制下实现自动运行。

DAC有什么用呢?这个用途是在我们使用DAC的时候,可能会用DAC输出一段波形。那就需要每隔一段时间来触发一次DAC(数模转换),让它输出下一个电压点。如果用正常的思路来实现的话,就是先设置一个定时器产生中断。每隔一段时间在中断程序中调用代码手动触发一次DAC转换,然后DAC输出,这样也是没有问题的,但是这样会使主程序处于频繁被中断的状态。这会影响主程序的运行和其他中断的响应。定时器就设计一个主模式,使用这个主模式可以把这个定时器的更新事件映射到这个触发输出TRGO(Trigger Out)的位置。然后TRGO直接接到DAC的触发转换引脚上,这样,定时器的更新就不需要再通过中断来触发DAC转换了。仅需要把更新事件通过主模式映射到TRGO,然后TRGO就会直接去触发DAC了,整个过程不需要软件的参与,实现了硬件自动化,这就是主模式的作用。

对于通用寄存器而言,这个计数器的计数模式就不止向上计数这一种了,也就是计数器向上自增,计到重装值,清零同时申请中断。依次循环

除了这种模式。还有向下计数模式和中央对齐模式。

向下计数就是从重装值开始,向下自减。减到0之后,回到重装值同时申请中断,然后循环

中央对齐的计数模式,就是从0开始,先向上自增,计到重装值,申请中断,然后向下自减,减到0,再申请中断。依次循环。

下图就是内外时钟源选择和主从触发模式的结构了,

对于基本定时器而言,定时只能选择内部时钟,也就是系统频率72MHz。

通用寄存器,时钟源不仅可以选择内部的72MHz时钟,还可以选择外部时钟,第一个外部时钟就是来自TIMx_ETR引脚上的外部时钟,我们参考一下;引脚定义表。

 

可以看到这里有TIM2_CH1_ETR,意思就是这个TIM2的CH1和ETR都是复用在了这个位置,也就是PA0引脚。下面也有CH2,CH3,CH4和其他定时器的一些引脚 ,也都可以查到。

所以我们可以在这TIM2的ETR引脚,也就是PA0上接一个外部方波的时钟,配置一下内部的极性选择,边沿检测,和预分频器电路。再输入一下滤波电路,这两块电路可以对外部时钟进行一定的整形,因为是外部引脚的时钟,难免会有一些毛刺,那这些电路就可以对输入的波形进行滤波。同时也可以选择一下极性和预分频器。滤波后的电路,兵分两路,上面一路ETRF进入触发控制器,紧跟着就可以选择作为时基单元的时钟了。如果你想在ETR外部引脚提供时钟,或者想对ETR时钟进行计数,把这个定时器当做计数器来用的话。那就可以配置这一路的电路,在STM32中,这一路也叫做“外部时钟模式2”

除了ETR可以提供时钟外,TRGI(Trigger in)也是可以的,从名字上看,它主要是用作触发输入来使用的,这个触发输入可以触发定时器从模式,关于触发输入和从模式,我们下面的博文会介绍,这里讲的是这个触发输入作为外部时钟来使用的情况,你暂且就可以把这个TRGI当做外部时钟的输入来看,当这个TRGI当做外部时钟来使用的时候,这一路叫作“外部时钟模式1”,那通过这一路的外部时钟有哪些呢?第一个就是ETR引脚的信号,所以ETR可以有两条路来当做时钟。两种情况对于时钟输入是等价的。只不过作为TRGI的输入会占用触发输入的通道而已。

第二部分,就是ITR信号,这一部分的时钟信号是来自其他定时器的。怎么来的呢,右边有一个TRGO,这个主模式下的输出TRGO可以通向其他定时器,那通向其他定时器的时候,就会接到了其他定时器的ITR引脚上来了。这个ITR0到ITR3分别来自四个定时器的TRGO输出。至于具体的连接方式,如下图所示

这里可以看到,TIM2的ITR0是接到了TIM1的TRGO上 ,ITR1接到了TIM8,ITR3接在了TIM4,其他定时器也可以参照这个表,这就是ITR和定时器的连接关系。通过这一路可以实现定时器级联的功能,比如我们可以初始化TIM3,然后使用主模式把它的更新事件映射到TRGO上,接在再初始化TIM2,这里选择ITR2,对应就是TIM3的TRGO,然后后面再选择时钟为外部时钟模式1,这样TIM3的更新事件就可以驱动TIM2的时基单元,也就实现了定时器级联。

继续看,这里还可以选择TI1F_ED,这里连接的是输入捕获单元的CH1引脚,也就是从CH1引脚获得时钟,后缀加一个ED(Edge)就是边沿的意思,也就是这一路输出的时钟,上升沿和下降沿均有效,

最后TRGI时钟还能通过TI1FP1和TI2FP2获得

 其中TI1FP1是CH1引脚的时钟,TI2FP2是CH2引脚上的时钟。

到这里,外部时钟1的输入依旧介绍完了,外部时钟模式1的输入可以是ETR引脚,其他定时器,CH1引脚的边沿,CH1引脚和CH2引脚,这是比较复杂的,哦我们一般情况下外部时钟通过ETR引脚就OK了。设置这么复杂的输入,不仅仅是为了扩大时钟输入的范围,更多的还是为了某些特殊应用场景而设计的·。比如为了定时器的级联而设计的这一部分。

定时器输入部分就讲完了。 

下图这个可以读取编码器的输出波形,

下面这一块是输出比较电路,总共四个通道,分别对应CH1到CH4的引脚,可以输出PWM波形,驱动电机。 

 

下面电路主要功能是测输入方波的频率 

 中间这个寄存器是捕获/比较寄存器,是输入捕获和输出比较电路共用的。因为输入捕获和输出比较不能同时使用,所以这里的寄存器是共用的,引脚也是共用的。

 

那以上有关输入捕获和输出比较电路这一部分电路,我们留到之后的视频再具体分析。我们本节主要讲的是定时器中断和内外时钟源选择,也用不到这一部分电路

定时器基本中断:

1.定时中断   2.内外时钟源选择

 为什么需要中断输出控制,因为很多地方都需要中断。

接下来看几个时序图,研究一下时基单元运行的一些细节问题。

CK_PSC:预分频的输入时钟

CNT_EN:计数器使能,高电平计数器正常运行,低电平计数器停止

CK_CNT:定时器时钟 ,它既是预分频的时钟输出 ,也是计数器的时钟输入

预分频缓冲器才是真正起作用的。

预分频器内部实际上也是靠计数来分频的,当预分频为0时,计数器的值一直为0,直接输出原频率。当预分频为1时,计数器就0/1/0/1,这样计数在回到0时,输出一个脉冲这样输入频率就是输入频率的二分频。

更新中断标志为1,进行中断响应,中断响应后,需要在中断程序中手动清零, 

ARR:自动重装寄存器,也有一个缓存寄存器,这个缓存寄存器用还是不用,是可以自己设置的

无预装时序,就是没有缓存器的情况,设置ARPE,就可以选择是否使用预装功能。

 RCC时钟树:就是STM32中用来控制产生和配置时钟,并且把配置好的时钟发送到各个外设的系统,时钟是所有外设运行的基础,所以时钟也是最先需要配置的东西,ST公司已经写好程序了,所以我们了解一下。

 下面画圈的就是我们在程序中写RCC_APB2/1PeriPhCIockCmd作用的地方。打开时钟,就是在这个位置写1,让左边的时钟能够通过与门输出到外设

 

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