STM32 通用定时器

一、概述

STM32内部集成了多个定时/计数器，根据型号不同，STM32系列芯片最多包含8个定时/计数器。其中，TIM6、TIM7为基本定时器，TIM2~TIM5为通用定时器，TIM1、TIM8为高级控制定时器。

1.定时器的类型

基本定时器
通用定时器
高级控制定时器
窗口看门狗定时器
独立看门狗定时器
系统滴答定时器

2.计数模式

向上计数模式：计数器从0计数到自动加载值（ARR），并产生向上溢出事件。
向下计数模式：计数器从自动加载值（ARR）向下计数到0，并产生向下溢出事件。
中央对齐模式：计数器从0开始计数到自动加载值-1，产生向上溢出事件，然后向下计数到1，产生向下溢出事件，最后再从0开始重新计数。

3.主要功能

基本定时功能
输出比较
输入捕获
编码器接口模式
单脉冲模式
死区控制和刹车功能

注：本文将介绍前四种常见的功能。

4.通用定时器的结构

STM32通用定时器主要包括1个外部触发引脚（TIMx_ETR)，4个输入/输出通道（TIMx_CH1、 TIMx_CH2、TIMx_CH3和TIMx_CH4），1个内部时钟，1个触发控制器，1个时钟单元（由预分频器PSC、自动重装载寄存器ARR和计数器CNT组成）。如图所示：

5.时钟源

定时/计数器时钟可由下列时钟源（如上图所示）提供：

内部时钟（CK_INT）
外部时钟模式1（TIMx_CH1~4）
外部时钟模式2（TIMx_ETR)
内部触发输入（ITR，使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器）

当时钟源来自内部时，可实现定时功能；当时钟源来自外部时，可实现计数功能。

6.功能寄存器

略。

二、基本定时功能

下面介绍TIM定时器最基础的功能：基本定时功能。这种功能常用于周期性事件的触发。使用流程和步骤如下：

选择时钟源
配置时基单元
配置NVIC
编写中断服务函数

void Timer_Init(void)
{RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);			//开启TIM2的时钟TIM_InternalClockConfig(TIM2);		//选择时钟源为内部时钟，若不调用此函数，TIM2默认也为内部时钟/*配置时基单元*/TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;			TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;		//时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;	//计数器模式，选择向上计数TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000 - 1;				//计数周期，即ARR的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;				//预分频器，即PSC的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;			//重复计数器，高级定时器才会用到TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);						//清除定时器更新标志位，TIM_TimeBaseInit函数末尾，手动产生了更新事件，//若不清除此标志位，则开启中断后，会立刻进入一次中断，//如果不介意此问题，则不清除此标志位也可。TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);					//开启TIM2的更新中断NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);				//设置NVIC分组/*配置NVIC*/NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;						NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;				//选择配置NVIC的TIM2线NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//使能NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;	//设置抢占优先级为2NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;			//设置响应优先级为1NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);			                            //使能TIM2，运行TIM2
}void TIM2_IRQHandler(void)                                      //定时器中断函数
{if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET){    //此处编写要周期实现的功能TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);}
}

三、输出比较功能

当定时器的计数器值（CNT）与捕获比较寄存器（CCR）的值相等时，产生比较事件，并根据配置对输出管脚进行相应的操作，如翻转或置位。其应用场景如下：

PWM（脉宽调制）信号的产生：输出占空比可调的PWM信号，用于电机控制、LED调光等。
定时脉冲：在特定时间产生一个脉冲信号，用于精确事件触发。
DAC触发：精确触发模拟信号输出。

下面介绍产生PWM波的使用流程：

配置GPIO，用于输出PWM，根据引脚定义表配置
选择时钟源
配置时基单元
配置输出比较模式

void PWM_Init(void)
{RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);			//开启TIM2的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟/*配置GPIO*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;                 //复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);								//受外设控制的引脚，均需要配置为复用模式TIM_InternalClockConfig(TIM2);		//选择时钟源为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟/*配置时基单元*/TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;                 //计数周期，即ARR的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 36 - 1;               //预分频器，即PSC的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);            /*配置输出比较模式*/ TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);                         //结构体初始化，若结构体没有完整赋值，则最好执行此函数，给结构体所有成员都赋一个默认值，避免结构体初值不确定的问题TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;               //输出比较模式，选择PWM模式1TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;       //输出极性，选择为高，若选择极性为低，则输出高低电平取反TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   //输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;								//初始的CCR值，也可以不定为0，直接定为想要的占空比所需的CCR值TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);                        TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);			//使能TIM2，运行TIM2
}TIM_SetCompare3(TIM2, Compare);		            
//设置CCR的值，设置CCR几的值取决于使用哪个引脚，PA2对应的是CCR3
//该行代码用于改变占空比，一般放在主函数或者中断服务函数

另外，PWM的三项重要数据的计算方法如下：

占空比：CCR/(ARR+1)
分辨率：1/（ARR+1)
频率：CK_PSC/（PSC+1）/（ARR+1），CK_PSC一般为72MHz

四、输入捕获功能

输入捕获模式用于测量外部信号的时间特性，例如周期、频率、脉宽等。它通过将外部输入信号的某个边沿（上升沿或下降沿）捕获并保存计数器的值，从而实现时间测量。

下面介绍通过输入捕获功能实现频率测量的步骤：

配置GPIO，用于接收需要测频率的信号，根据引脚定义表配置
选择时钟源
配置时基单元
配置输入捕获功能
编写频率计算函数

void IC_Init(void)
{RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);			//开启TIM3的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟/*配置GPIO*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;				    //上拉输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);			TIM_InternalClockConfig(TIM3);		//选择TIM3为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟/*配置时基单元*/TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;               //计数周期，即ARR的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;               //预分频器，即PSC的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);/*配置输入捕获功能*/TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;				//选择配置定时器通道1TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;							//输入滤波器参数，可以过滤信号抖动TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;		//极性，选择为上升沿触发捕获TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;			//捕获预分频，选择不分频，每次信号都触发捕获TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;	//输入信号交叉，选择直通，不交叉TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);	/*选择触发源及从模式*/TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);					//触发源选择TI1FP1TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);					//从模式选择复位，即TI1产生上升沿时，会触发CNT归零TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);			//使能TIM3，运行TIM3
}uint32_t IC_GetFreq(void)
{return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);		//测周法得到频率fx = fc / N，这里不执行+1的操作也可
}

频率测量方法有两种，一种是适用于测量高频信号的测频法，一种是适用于测量低频信号的测周法。其原理如下图所示：

五、编码器模式

编码器接口模式用于解码旋转编码器的信号。它可以直接连接增量型旋转编码器的A相和B相信号，并解码出编码器的旋转方向和位置。每个高级定时器和通用定时器都拥有1个编码器接口，两个输入引脚借用了输入捕获的通道1和通道2。

下面介绍使用编码器模式来测量电机转速的步骤，硬件上将带编码器的电机的编码输出连接到STM32的PA6和PA7，具体如下：

配置GPIO，用于接收正交编码，根据引脚定义表配置
配置时基单元
配置输入捕获模式
配置编码器模式
配置另一个定时器，编写速度计算函数

void Encoder_Init(void)
{RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);			//开启TIM3的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟/*配置GPIO*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;           //浮空输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;          //配置PA6和PA7引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							/*配置时基单元*/TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;               //计数周期，即ARR的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;                //预分频器，即PSC的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //使用TIM3/*配置输入捕获模式*/TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;							TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);																																		TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;				TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x10;							//输入滤波器参数，可以过滤信号抖动TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;				TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x10;							//输入滤波器参数，可以过滤信号抖动TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);							TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Falling, TIM_ICPolarity_Rising);//配置编码器模式以及两个输入通道是否反相TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);TIM_SetCounter(TIM3, 0);TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);			                                //使能TIM3
}//使用二、基本定时功能，在中断服务函数中编写计算速度的代码。
//这里需要另外配置一个定时器，相关代码参考第二点，这里不再赘述。
//先计算电机转一圈，STM32收到的n个编码；这取决于电机本身的参数。
//再每隔T时间输出STM32一共接收到的N个编码；则N/n即这段时间T里电机转过的圈数。
//最后用N/n/T即可求出转速。其中：int n=xxx                     //根据电机参数计算int N=TIM_GetCounter(TIM3);   //STM32接收到的编码数TIM_SetCounter(TIM3, 0);      //拿到T时间内的编码数后，计数清零，重新计数float Speed=N/n/T;            //T为定时周期