【STM32】在标准库中使用定时器

1.TIM简介

各个定时器特性

STM32F407系列控制器有2个高级控制定时器、10个通用定时器和2个基本定时器。通常情况下，先看定时器挂在哪个总线上APB1或者APB2，然后定时器时钟需要在此基础上乘以2。

2.标准库实现定时中断

#ifndef __BSP_TIMER_H
#define __BSP_TIMER_H#ifdef __cplusplus
extern "C"{#endif#include "stm32f4xx.h"#define INT_TIMER_IRQ             TIM3_IRQn
#define INT_TIMER_IRQHandler      TIM3_IRQHandler//我们使用了通用定时器TIM3来实现计时中断
//注意，并不是所有的TIM在向量表中都定义了中断服务函数，所以你得自己去查一查
//TIM3在APB1总线上
#define INT_TIMER               TIM3
#define INT_TIMER_CLK           RCC_APB1Periph_TIM3void Init_INT_TIMER(void);#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif

#include "bsp_timer.h"
#include "bsp_led.h"
#include "stdio.h"void Init_INT_TIMER(void)
{//使能定时器时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(INT_TIMER_CLK,ENABLE);//初始化定时器，配置ARR，PSCTIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;TIM_InitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;TIM_InitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//选择向上计数的方式/* 累计 TIM_Period个后产生一个更新或者中断*///当定时器从0计数到4999，即为5000次，为一个定时周期TIM_InitStruct.TIM_Period=5000-1;//定时器时钟源TIMxCLK = 2 * PCLK1//        PCLK1 = HCLK / 4//        => TIMxCLK=HCLK/2=SystemCoreClock/2=84MHz// 设定定时器频率为=TIMxCLK/(TIM_Prescaler+1)=10000Hz ==>0.1msTIM_InitStruct.TIM_Prescaler=8400-1;////所以，一个中断产生时间为 0.1ms*5000=500msTIM_InitStruct.TIM_RepetitionCounter=0;//高级定时器才有的参数，这里也无用TIM_TimeBaseInit(INT_TIMER,&TIM_InitStruct);//配置中断控制器并使能中断NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=INT_TIMER_IRQ;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);TIM_ITConfig(INT_TIMER,TIM_IT_Update,ENABLE);//使能定时器TIM_Cmd(INT_TIMER,ENABLE);
}void INT_TIMER_IRQHandler(void)
{if(SET==TIM_GetITStatus(INT_TIMER,TIM_IT_Update)){LED_TOGGLE();TIM_ClearITPendingBit(INT_TIMER,TIM_IT_Update);printf("INT_TIMER_IRQHandler\r\n");}
}

int main(void)
{Init_USART();Init_LED();//设置中断分组NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);Init_INT_TIMER();printf("hello,this is stm32f407\r\n");/* Infinite loop */while (1){}
}

在这里插入图片描述

自动重载寄存器TIMx_ARR用来存放于计数器值比较的数值，如果两个数值相等就生成事件，将相关事件标志位置位，生成DMA和中断输出。 TIMx_ARR有影子寄存器，可以通过TIMx_CR1寄存器的ARPE位控制影子寄存器功能，如果ARPE位置1，影子寄存器有效，只有在事件更新时才把TIMx_ARR值赋给影子寄存器。如果ARPE位为0，修改TIMx_ARR值马上有效。

void TIM_ARRPreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);

就是标准库中的这个函数，其实就是配置TIMx_CR1寄存器的ARPE位。所以，我们也可以意识到，ARR值是可以热更新的。

3.标准库实现PWM输出

PWM输出就是对外输出脉宽（即占空比）可调的方波信号，信号频率由自动重装寄存器ARR的值决定，占空比由比较寄存器CCR的值决定。

PWM模式分为两种，PWM1和PWM2，总得来说是差不多，就看你怎么用而已，具体的区别见表格 PWM1与PWM2模式的区别。

PWM1与PWM2模式的区别

下面我们以PWM1模式来讲解，以计数器CNT计数的方向不同还分为边沿对齐模式和中心对齐模式。PWM信号主要都是用来控制电机，一般的电机控制用的都是边沿对齐模式，FOC电机一般用中心对齐模式。我们这里只分析这两种模式在信号感官上（即信号波形）的区别，具体在电机控制中的区别不做讨论，到了你真正需要使用的时候就会知道了。

在递增计数模式下，计数器从 0 计数到自动重载值（ TIMx_ARR寄存器的内容），然后重新从 0 开始计数并生成计数器上溢事件

PWM1模式的边沿对齐波形

在边沿对齐模式下，计数器CNT只工作在一种模式，递增或者递减模式。这里我们以CNT工作在递增模式为例，在中，ARR=8，CCR=4，CNT从0开始计数，当CNT<CCR的值时，OCxREF为有效的高电平，于此同时，比较中断寄存器CCxIF置位。当CCR=<CNT<=ARR时，OCxREF为无效的低电平。然后CNT又从0开始计数并生成计数器上溢事件，以此循环往复。
在这里插入图片描述

#ifndef __BSP_TIMER_H
#define __BSP_TIMER_H#ifdef __cplusplus
extern "C"{#endif#include "stm32f4xx.h"//我们使用TIM5来输出PWM波形
//这里我们需要查手册，看看TIM5输出通道复用的引脚（TIM5_CH1--PA0）
#define PWM_OUT_TIMER           TIM5
#define PWM_OUT_TIMER_CLK       RCC_APB1Periph_TIM5
#define PWM_OUT_PIN             GPIO_Pin_0
#define PWM_OUT_GPIO_Port       GPIOA
#define PWM_OUT_GPIO_CLK        RCC_AHB1Periph_GPIOA
#define PWM_OUT_AF_SOURCE       GPIO_PinSource0
#define PWM_OUT_AF              GPIO_AF_TIM5void Init_PWM_OUT_TIMER(void);#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif

#include "bsp_timer.h"
#include "bsp_led.h"
#include "stdio.h"void Init_PWM_OUT_TIMER(void)
{//使能定时器时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(PWM_OUT_TIMER_CLK,ENABLE);//使能pwm输出引脚使能RCC_AHB1PeriphClockCmd(PWM_OUT_GPIO_CLK,ENABLE);//初始化pwm输出GPIOGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=PWM_OUT_PIN;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;//配置为复用推挽输出GPIO_InitStruct.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;//默认拉高GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Fast_Speed;GPIO_Init(PWM_OUT_GPIO_Port,&GPIO_InitStruct);//并设置复用映射GPIO_PinAFConfig(PWM_OUT_GPIO_Port,PWM_OUT_AF_SOURCE,PWM_OUT_AF);//初始化定时器，配置ARR，PSCTIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;TIM_InitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;TIM_InitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//选择向上计数的方式/* 累计 TIM_Period个后产生一个更新或者中断*///当定时器从0计数到4999，即为5000次，为一个定时周期TIM_InitStruct.TIM_Period=5000-1;//定时器时钟源TIMxCLK = 2 * PCLK1//        PCLK1 = HCLK / 4//        => TIMxCLK=HCLK/2=SystemCoreClock/2=84MHz// 设定定时器频率为=TIMxCLK/(TIM_Prescaler+1)=10000Hz ==>0.1msTIM_InitStruct.TIM_Prescaler=8400-1;////所以，一个中断产生时间为 0.1ms*5000=500msTIM_InitStruct.TIM_RepetitionCounter=0;//高级定时器才有的参数，这里也无用TIM_TimeBaseInit(PWM_OUT_TIMER,&TIM_InitStruct);TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse=2500;// 设置PWM占空比//其他的参数在高级定时器中才会用到，可以忽视。我们这里使用的通用定时器。TIM_OC1Init(PWM_OUT_TIMER, &TIM_OCInitStruct);//使能定时器TIM_Cmd(PWM_OUT_TIMER,ENABLE);
}

在这里插入图片描述

注意：当把CCR设置为5000的时候，就都是高电平了。设置为4999时，才会出现低电平。

和ARR值一样，CCR值同样可以热更新。

void TIM_OC1PreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t Compare1);

我们可以简单做个实验，把该定时器溢出中断也打开，然后在溢出中断中改变CCR的值，其实就是改变占空比。然后看看输出波形。

uint32_t ccr=0;
void TIM5_IRQHandler(void)
{if(SET==TIM_GetITStatus(PWM_OUT_TIMER,TIM_IT_Update)){if(ccr>5000)ccr=0;TIM_SetCompare1(PWM_OUT_TIMER,ccr);TIM_ClearITPendingBit(PWM_OUT_TIMER,TIM_IT_Update);ccr+=1000;}
}

在这里插入图片描述

如果要输出96kHz的PWM波形，则需修改：

	TIM_InitStruct.TIM_Prescaler=8400/96-1;//84MHz/(8400/96)=(10000*96)Hz=960000Hz=960KHzTIM_InitStruct.TIM_Period=10-1;

4.标准库实现PWM输入捕获

在说PWM输入捕获之前，我们还是搞清楚输入捕获吧。输入捕获通过检测外部信号在捕获通道上的边沿变化（上升沿或下降沿）来工作。当设定的边沿到达时，当前定时器的计数值（TIMx_CNT）被立即锁定并存储到相应的捕获/比较寄存器（TIMx_CCRx）中。但是如果只是配置捕获上升沿，那么我们只能够测量周期，因为高电平的下降沿我们没有捕获，导致不能够计算占空比。

那我们可以在捕获到第一个上升沿后，配置捕获下降沿，然后再次配置捕获上升沿，理论上这种方式也是可以的，但是太繁琐了，其实定时器是支持直接配置PWM输入捕获的，通用定时器就可以，具体看下文源码。

说说软件基本思路，因为自己使用的硬件设计有限，其他定时器的通道未引出，所以只能使用一个定时器TIM5。使用一块板输出PWM波形，频率是96KHz，占空比是渐变的。使用另外一块板作为PWM输入捕获。定时器复用的通道引脚直接使用杜邦线连接。

#include "bsp_timer.h"
#include "bsp_led.h"
#include "stdio.h"void Init_PWM_IN_TIMER(void)
{//使能定时器时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(PWM_IN_TIMER_CLK,ENABLE);//使能pwm输出引脚使能RCC_AHB1PeriphClockCmd(PWM_IN_GPIO_CLK,ENABLE);//初始化pwm输出GPIOGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=PWM_IN_PIN;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;//配置为复用推挽输出GPIO_InitStruct.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;//默认拉高GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Fast_Speed;GPIO_Init(PWM_IN_GPIO_Port,&GPIO_InitStruct);//并设置复用映射GPIO_PinAFConfig(PWM_IN_GPIO_Port,PWM_IN_AF_SOURCE,PWM_IN_AF);//初始化定时器，配置ARR，PSCTIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;TIM_InitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;TIM_InitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//选择向上计数的方式/* 累计 TIM_Period个后产生一个更新或者中断*///当定时器从0计数到4999，即为5000次，为一个定时周期TIM_InitStruct.TIM_Period=5000-1;//定时器时钟源TIMxCLK = 2 * PCLK1//        PCLK1 = HCLK / 4//        => TIMxCLK=HCLK/2=SystemCoreClock/2=84MHz// 设定定时器频率为=TIMxCLK/(TIM_Prescaler+1)=10000Hz ==>0.1msTIM_InitStruct.TIM_Prescaler=8400-1;//所以，一个中断产生时间为 0.1ms*5000=500msTIM_InitStruct.TIM_Prescaler=8400/96-1;//84MHz/(8400/96)=(10000*96)Hz=960000Hz=960KHzTIM_InitStruct.TIM_Period=0xffffffff;TIM_InitStruct.TIM_RepetitionCounter=0;//高级定时器才有的参数，这里也无用TIM_TimeBaseInit(PWM_IN_TIMER,&TIM_InitStruct);/*--------------------输入捕获结构体初始化-------------------*/// 使用PWM输入模式时，需要占用两个捕获寄存器，一个测周期，另外一个测占空比// 捕获通道IC1配置// 选择捕获通道TIM_ICInitTypeDef  TIM_ICInitStructure;TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;// 设置捕获的边沿TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;// 设置捕获通道的信号来自于哪个输入通道，有直连和非直连两种TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;// 1分频，即捕获信号的每个有效边沿都捕获TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;// 不滤波TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0;// 初始化PWM输入模式TIM_PWMIConfig(PWM_IN_TIMER, &TIM_ICInitStructure);// 当工作做PWM输入模式时,只需要设置触发信号的那一路即可（用于测量周期）// 另外一路（用于测量占空比）会由硬件自带设置，不需要再配置// 选择输入捕获的触发信号TIM_SelectInputTrigger(PWM_IN_TIMER, TIM_TS_TI1FP1);// 选择从模式: 复位模式// PWM输入模式时,从模式必须工作在复位模式，当捕获开始时,计数器CNT会被复位TIM_SelectSlaveMode(PWM_IN_TIMER, TIM_SlaveMode_Reset);TIM_SelectMasterSlaveMode(PWM_IN_TIMER,TIM_MasterSlaveMode_Enable);//配置中断控制器并使能中断NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=TIM5_IRQn;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=4;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);TIM_ITConfig(PWM_IN_TIMER,TIM_IT_CC1,ENABLE);//使能定时器TIM_Cmd(PWM_IN_TIMER,ENABLE);
}
uint32_t IC1Value,IC2Value;
float DutyCycle,Frequency;void TIM5_IRQHandler(void)
{if(SET==TIM_GetITStatus(PWM_IN_TIMER,TIM_IT_CC1)){TIM_ClearITPendingBit(PWM_IN_TIMER,TIM_IT_CC1);/* 获取输入捕获值 */IC1Value = TIM_GetCapture1(PWM_IN_TIMER);IC2Value = TIM_GetCapture2(PWM_IN_TIMER);//printf("IC1Value = %d  IC2Value = %d \r\n",IC1Value,IC2Value);// 注意：捕获寄存器CCR1和CCR2的值在计算占空比和频率的时候必须加1if (IC1Value != 0&&IC2Value != 0) {/* 频率计算 */Frequency = (960*1000.0)/(float)(IC1Value+1);/* 占空比计算 */DutyCycle = (float)((IC2Value+1)*1.0 / (IC1Value+1)*100.0);printf("DutyCycle=%0.2f%%   Frequency=%0.2fHz\r\n",DutyCycle,Frequency);} else {DutyCycle = 0;Frequency = 0;}}
}

因为是PWM输入模式，只能使用通道1和通道2 ，假如我们使用的是通道1，即TI1，输入的PWM信号会被分成两路，分别是TI1FP1和TI1FP2，两路都可以是触发信号。如果选择TI1FP1为触发信号，那么IC1捕获到的是PWM信号的周期， IC2捕获到的是占空比，这种输入通道TI和捕获通道IC的映射关系叫直连，输入捕获结构体的TIM_ICSelection要配置为TIM_ICSelection_DirectTI。如果选择TI1FP2为触发信号，则IC2捕获到的是周期，IC1捕获到的是占空比，这种输入通道TI和捕获通道IC的映射关系叫非直连，输入捕获结构体的TIM_ICSelection要配置为TIM_ICSelection_IndirectTI。有关输入通道TI和捕获通道IC的具体映射关系见图输入通道与捕获通道IC的映射图，有直连和非直连两种。

输入通道与捕获通道IC的映射图

当捕获到PWM信号的第一个上升沿时，产生中断，计数器被复位，锁存到捕获寄存器IC1和IC2的值都为0。当下降沿到来时，IC2会捕获，对应的是占空比，但是会产生中断。当捕获到第二个下降沿时，IC1会捕获，对应的是周期，而且会再次进入中断，这个时间就可以根据IC1和IC2的值计算出频率和占空比。有关PWM输入的时序见图 PWM输入模式时序图。

PWM输入模式时序图