STM32通用定时器基本定时功能与PWM.doc

1.     STM32的Timer简介
STM32中一共有11个定时器，其中2个高级控制定时器，4个普通定时器和2个基本定时器，以及2个看门狗定时器和1个系统嘀嗒定时器。其中系统嘀嗒定时器是前文中所描述的SysTick，看门狗定时器以后再详细研究。今天主要是研究剩下的8个定时器。
定时器
计数器分辨率
计数器类型
预分频系数
产生DMA请求
捕获/比较通道
互补输出
TIM1
TIM8
16位
向上，向下，向上/向下
1-65536之间的任意数
可以
4
有
TIM2
TIM3
TIM4
TIM5
16位
向上，向下，向上/向下
1-65536之间的任意数
可以
4
没有
TIM6
TIM7
16位
向上
1-65536之间的任意数
可以
0
没有
其中TIM1和TIM8是能够产生3对PWM互补输出的高级登时其，常用于三相电机的驱动，时钟由APB2的输出产生。TIM2-TIM5是普通定时器，TIM6和TIM7是基本定时器，其时钟由APB1输出产生。由于STM32的TIMER功能太复杂了，所以只能一点一点的学习。因此今天就从最简单的开始学习起，也就是TIM2-TIM5普通定时器的定时功能。

2.     普通定时器TIM2-TIM5
2.1    时钟来源
计数器时钟可以由下列时钟源提供：
·内部时钟(CK_INT)
·外部时钟模式1：外部输入脚(TIx)
·外部时钟模式2：外部触发输入(ETR)
       ·内部触发输入(ITRx)：使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器，如可以配置一个定时器Timer1而作为另一个定时器Timer2的预分频器。
    由于今天的学习是最基本的定时功能，所以采用内部时钟。TIM2-TIM5的时钟不是直接来自于APB1，而是来自于输入为APB1的一个倍频器。这个倍频器的作用是：当APB1的预分频系数为1时，这个倍频器不起作用，定时器的时钟频率等于APB1的频率；当APB1的预分频系数为其他数值时（即预分频系数为2、4、8或16），这个倍频器起作用，定时器的时钟频率等于APB1的频率的2倍。APB1的分频在STM32_SYSTICK的学习笔记中有详细描述。通过倍频器给定时器时钟的好处是：APB1不但要给TIM2-TIM5提供时钟，还要为其他的外设提供时钟；设置这个倍频器可以保证在其他外设使用较低时钟频率时，TIM2-TIM5仍然可以得到较高的时钟频率。
2.2    计数器模式
TIM2-TIM5可以由向上计数、向下计数、向上向下双向计数。向上计数模式中，计数器从0计数到自动加载值(TIMx_ARR计数器内容)，然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。在向下模式中，计数器从自动装入的值(TIMx_ARR)开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始，并产生一个计数器向下溢出事件。而中央对齐模式（向上/向下计数）是计数器从0开始计数到自动装入的值-1，产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到1并且产生一个计数器溢出事件；然后再从0开始重新计数。
2.3    编程步骤
1.       配置系统时钟；
2.       配置NVIC；
3.       配置GPIO；
4.       配置TIMER；
其中，前3项在前面的笔记中已经给出，在此就不再赘述了。第4项配置TIMER有如下配置：
（1）       利用TIM_DeInit()函数将Timer设置为默认缺省值；
（2）       TIM_InternalClockConfig()选择TIMx来设置内部时钟源；
（3）       TIM_Perscaler来设置预分频系数；
（4）       TIM_ClockDivision来设置时钟分割；
（5）       TIM_CounterMode来设置计数器模式；
（6）       TIM_Period来设置自动装入的值
（7）       TIM_ARRPerloadConfig()来设置是否使用预装载缓冲器
（8）       TIM_ITConfig()来开启TIMx的中断
其中（3）-（6）步骤中的参数由TIM_TimerBaseInitTypeDef结构体给出。步骤（3）中的预分频系数用来确定TIMx所使用的时钟频率，具体计算方法为：CK_INT/(TIM_Perscaler+1)。CK_INT是内部时钟源的频率，是根据2.1中所描述的APB1的倍频器送出的时钟，TIM_Perscaler是用户设定的预分频系数，其值范围是从0 – 65535。
步骤（4）中的时钟分割定义的是在定时器时钟频率(CK_INT)与数字滤波器(ETR,TIx)使用的采样频率之间的分频比例。TIM_ClockDivision的参数如下表：
TIM_ClockDivision
描述
二进制值
TIM_CKD_DIV1
tDTS = Tck_tim
0x00
TIM_CKD_DIV2
tDTS = 2 * Tck_tim
0x01
TIM_CKD_DIV4
tDTS = 4 * Tck_tim
0x10
数字滤波器(ETR,TIx)是为了将ETR进来的分频后的信号滤波，保证通过信号频率不超过某个限定。
步骤（7）中需要禁止使用预装载缓冲器。当预装载缓冲器被禁止时，写入自动装入的值(TIMx_ARR)的数值会直接传送到对应的影子寄存器；如果使能预加载寄存器，则写入ARR的数值会在更新事件时，才会从预加载寄存器传送到对应的影子寄存器。
ARM中，有的逻辑寄存器在物理上对应2个寄存器，一个是程序员可以写入或读出的寄存器，称为preload register(预装载寄存器)，另一个是程序员看不见的、但在操作中真正起作用的寄存器，称为shadow register(影子寄存器)；设计preload register和shadow register的好处是，所有真正需要起作用的寄存器(shadow register)可以在同一个时间(发生更新事件时)被更新为所对应的preload register的内容，这样可以保证多个通道的操作能够准确地同步。如果没有shadow register，或者preload register和shadow register是直通的，即软件更新preload register时，同时更新了shadow register，因为软件不可能在一个相同的时刻同时更新多个寄存器，结果造成多个通道的时序不能同步，如果再加上其它因素(例如中断)，多个通道的时序关系有可能是不可预知的。

3.     程序源代码
本例实现的是通过TIM2的定时功能，使得LED灯按照1s的时间间隔来闪烁

#include "stm32f10x_lib.h"

void RCC_cfg();
void TIMER_cfg();
void NVIC_cfg();
void GPIO_cfg();

int main()
{
       RCC_cfg();
       NVIC_cfg();
       GPIO_cfg();
       TIMER_cfg();

       //开启定时器2
       TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);

       while(1);
}

void RCC_cfg()
{

       //定义错误状态变量
       ErrorStatus HSEStartUpStatus;

       //将RCC寄存器重新设置为默认值
       RCC_DeInit();

       //打开外部高速时钟晶振
       RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

       //等待外部高速时钟晶振工作
       HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
       if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
       {
              //设置AHB时钟(HCLK)为系统时钟
              RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

              //设置高速AHB时钟(APB2)为HCLK时钟
              RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);

              //设置低速AHB时钟(APB1)为HCLK的2分频
              RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);

              //设置FLASH代码延时
              FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);

              //使能预取指缓存
              FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

              //设置PLL时钟，为HSE的9倍频 8MHz * 9 = 72MHz
              RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);

              //使能PLL
              RCC_PLLCmd(ENABLE);

              //等待PLL准备就绪
              while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);

              //设置PLL为系统时钟源
              RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

              //判断PLL是否是系统时钟
              while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
       }

       //允许TIM2的时钟
       RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
       //允许GPIO的时钟
       RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

}

void TIMER_cfg()
{
       TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

       //重新将Timer设置为缺省值
       TIM_DeInit(TIM2);
       //采用内部时钟给TIM2提供时钟源
       TIM_InternalClockConfig(TIM2);
       //预分频系数为36000-1，这样计数器时钟为72MHz/36000 = 2kHz
       TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 36000 - 1;
       //设置时钟分割
       TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
       //设置计数器模式为向上计数模式
       TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
       //设置计数溢出大小，每计2000个数就产生一个更新事件
       TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 2000 - 1;
       //将配置应用到TIM2中
       TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStructure);

       //清除溢出中断标志
       TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
       //禁止ARR预装载缓冲器
       TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, DISABLE);
       //开启TIM2的中断
       TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);
}

void NVIC_cfg()
{
       NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
        //选择中断分组1
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

        //选择TIM2的中断通道
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQChannel;      
        //抢占式中断优先级设置为0
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
       //响应式中断优先级设置为0
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
        //使能中断
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

void GPIO_cfg()
{
       GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;                 //选择引脚5
       GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //输出频率最大50MHz
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //带上拉电阻输出
       GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
}
在stm32f10x_it.c中，我们找到函数TIM2_IRQHandler()，并向其中添加代码
void TIM2_IRQHandler(void)
{
       u8 ReadValue;
       //检测是否发生溢出更新事件
       if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
       {
              //清除TIM2的中断待处理位
              TIM_ClearITPendingBit(TIM2 , TIM_FLAG_Update);
              //将PB.5管脚输出数值写入ReadValue
              ReadValue = GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_5);

              if(ReadValue == 0)
              {
                     GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
              }    
              else
              {
                     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);      
              }
       }

}

STM32学习笔记（5）：通用定时器PWM输出
1.     TIMER输出PWM基本概念

脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。简单一点，就是对脉冲宽度的控制。一般用来控制步进电机的速度等等。
STM32的定时器除了TIM6和TIM7之外，其他的定时器都可以用来产生PWM输出，其中高级定时器TIM1和TIM8可以同时产生7路的PWM输出，而通用定时器也能同时产生4路的PWM输出。

1.1   PWM输出模式
STM32的PWM输出有两种模式，模式1和模式2，由TIMx_CCMRx寄存器中的OCxM位确定的（“110”为模式1，“111”为模式2）。模式1和模式2的区别如下：
110：PWM模式1－在向上计数时，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平；在向下计数时，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为无效电平(OC1REF=0)，否则为有效电平(OC1REF=1)。
111：PWM模式2－在向上计数时，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1时通道1为无效电平，否则为有效电平；在向下计数时，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平。
由此看来，模式1和模式2正好互补，互为相反，所以在运用起来差别也并不太大。
而从计数模式上来看，PWM也和TIMx在作定时器时一样，也有向上计数模式、向下计数模式和中心对齐模式，关于3种模式的具体资料，可以查看《STM32参考手册》的“14.3.9 PWM模式”一节，在此就不详细赘述了。

1.2   PWM输出管脚
PWM的输出管脚是确定好的，具体的引脚功能可以查看《STM32参考手册》的“8.3.7 定时器复用功能重映射”一节。在此需要强调的是，不同的TIMx有分配不同的引脚，但是考虑到管脚复用功能，STM32提出了一个重映像的概念，就是说通过设置某一些相关的寄存器，来使得在其他非原始指定的管脚上也能输出PWM。但是这些重映像的管脚也是由参考手册给出的。比如说TIM3的第2个通道，在没有重映像的时候，指定的管脚是PA.7，如果设置部分重映像之后，TIM3_CH2的输出就被映射到PB.5上了，如果设置了完全重映像的话，TIM3_CH2的输出就被映射到PC.7上了。

1.3   PWM输出信号
PWM输出的是一个方波信号，信号的频率是由TIMx的时钟频率和TIMx_ARR预分频器所决定的，具体设置方法在前面一个学习笔记中有详细的交代。而输出信号的占空比则是由TIMx_CRRx寄存器确定的。其公式为“占空比=(TIMx_CRRx/TIMx_ARR)*100%”，因此，可以通过向CRR中填入适当的数来输出自己所需的频率和占空比的方波信号。

2.     TIMER输出PWM实现步骤
1.       设置RCC时钟；
2.       设置GPIO时钟；
3.       设置TIMx定时器的相关寄存器；
4.       设置TIMx定时器的PWM相关寄存器。

第1步设置RCC时钟已经在前文中给出了详细的代码，在此就不再多说了。需要注意的是通用定时器TIMx是由APB1提供时钟，而GPIO则是由APB2提供时钟。注意，如果需要对PWM的输出进行重映像的话，还需要开启引脚复用时钟AFIO。
第2步设置GPIO时钟时，GPIO模式应该设置为复用推挽输出GPIO_Mode_AF_PP，如果需要引脚重映像的话，则需要用GPIO_PinRemapConfig()函数进行设置。
第3步设置TIMx定时器的相关寄存器时，和前一篇学习笔记一样，设置好相关的TIMx的时钟和技术模式等等。具体设置参看“TIMER基本定时功能”的学习笔记。
第4步设置PWM相关寄存器，首先要设置PWM模式（默认情况下PWM是冻结的），然后设置占空比（根据前面所述公式进行计算），再设置输出比较极性：当设置为High时，输出信号不反相，当设置为Low时，输出信号反相之后再输出。最重要是是要使能TIMx的输出状态和使能TIMx的PWM输出使能。
相关设置完成之后，就可以通过TIM_Cmd()来打开TIMx定时器，从而得到PWM输出了。

3.     TIMER输出PWM源代码
由于我现在手上的奋斗开发板是将PB.5接到LED上，因此需要使用TIM3的CH2通道，并且要进行引脚重映像。打开TIM3之后，PWM输出，使得LED点亮，通过改变PWM_cfg()中的占空比可以调节LED的亮度。

#include "stm32f10x_lib.h"

void RCC_cfg();
void GPIO_cfg();
void TIMER_cfg();
void PWM_cfg();
//占空比，取值范围为0-100
int dutyfactor = 50;

int main()
{
int Temp;
RCC_cfg();
GPIO_cfg();
TIMER_cfg();
PWM_cfg();

//使能TIM3计时器，开始输出PWM
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

while(1);
}

void RCC_cfg()
{
//定义错误状态变量
ErrorStatus HSEStartUpStatus;

//将RCC寄存器重新设置为默认值
RCC_DeInit();

//打开外部高速时钟晶振
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

//等待外部高速时钟晶振工作
HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
{
//设置AHB时钟(HCLK)为系统时钟
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

//设置高速AHB时钟(APB2)为HCLK时钟
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);

//设置低速AHB时钟(APB1)为HCLK的2分频
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);

//设置FLASH代码延时
FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);

//使能预取指缓存
FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

//设置PLL时钟，为HSE的9倍频 8MHz * 9 = 72MHz
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);

//使能PLL
RCC_PLLCmd(ENABLE);

//等待PLL准备就绪
while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);

//设置PLL为系统时钟源
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

//判断PLL是否是系统时钟
while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
}

//开启TIM3的时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
//开启GPIOB的时钟和复用功能
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

}

void GPIO_cfg()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

//部分映射，将TIM3_CH2映射到PB5
// GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM3, ENABLE);
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE);

//选择引脚5
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
//输出频率最大50MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
//复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
}

void TIMER_cfg()
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

//重新将Timer设置为缺省值
TIM_DeInit(TIM3);
//采用内部时钟给TIM3提供时钟源
TIM_InternalClockConfig(TIM3);
//预分频系数为0，即不进行预分频，此时TIMER的频率为72MHz
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
//设置时钟分割
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
//设置计数器模式为向上计数模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
//设置计数溢出大小，每计7200个数就产生一个更新事件，即PWM的输出频率为10kHz
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 7200 - 1;
//将配置应用到TIM3中
TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);
}

void PWM_cfg()
{
TIM_OCInitTypeDef TimOCInitStructure;
//设置缺省值
TIM_OCStructInit(&TimOCInitStructure);
//PWM模式1输出
TimOCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
//设置占空比，占空比=(CCRx/ARR)*100%或(TIM_Pulse/TIM_Period)*100%
TimOCInitStructure.TIM_Pulse = dutyfactor * 7200 / 100;
//TIM输出比较极性高
TimOCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
//使能输出状态
TimOCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
//TIM3的CH2输出
TIM_OC2Init(TIM3, &TimOCInitStructure);
//设置TIM3的PWM输出为使能
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM3,ENABLE);
}