STM32入门篇之通用定时器彻底研究.doc

STM32入门篇之通用定时器彻底研究
STM32的定时器功能很强大，学习起来也很费劲儿，本人在这卡了5天才算看明白。写下下面的文字送给后来者，希望能带给你点启发。在此声明，本人也是刚入门，接触STM32不足10天，所以有失误的地方请以手册为准，欢迎大家拍砖。
其实手册讲的还是挺全面的，只是无奈TIMER的功能太复杂，所以显得手册很难懂，我就是通过这样看手册：while(!SUCCESS){看手册…}才搞明白的!所以接下来我以手册的顺序为主线，增加一些自己的理解，并通过11个例程对TIMER做个剖析。实验环境是STM103V100的实验板，MDK3.2 +Library2.东西都不怎么新，凑合用……
TIMER主要是由三部分组成：
1、 时基单元。
2、 输入捕获。
3、 输出比较。
还有两种模式控制功能：从模式控制和主模式控制。
一、 框图
让我们看下手册，一开始是定时器的框图，这里面几乎包含了所有定时器的信息，您要是能看明白，那么接下来就不用再看别的了…
为了方便的看图，我对里面出现的名词和符号做个注解：
TIMx_ETR:TIMER外部触发引脚 ETR:外部触发输入
ETRP:分频后的外部触发输入 ETRF:滤波后的外部触发输入
ITRx:内部触发x(由另外的定时器触发)
TI1F_ED:TI1的边沿检测器。
TI1FP1/2:滤波后定时器1/2的输入
TRGI:触发输入 TRGO:触发输出
CK_PSC:应该叫分频器时钟输入
CK_CNT:定时器时钟。（定时周期的计算就靠它）
TIMx_CHx:TIMER的输入脚 TIx:应该叫做定时器输入信号x
ICx:输入比较x ICxPS:分频后的ICx
OCx:输出捕获x OCxREF:输出参考信号
关于框图还有以下几点要注意：
1、 影子寄存器。
有阴影的寄存器，表示在物理上这个寄存器对应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)；（详细请参考版主博客
2、 输入滤波机制
在ETR何TIx输入端有个输入滤波器，它的作用是以采样频率Fdts来采样N次进行滤波的。（具体也请参考版主博客
3、 输入引脚和输出引脚是相同的。

二、时基单元
时基单元有三个部分：CNT、PSC、ARR。CNT的计数方式分三种：向上、向下、中央对齐。通俗的说就是0—ARR、ARR—0、0—(ARR-1)—ARR—1.

三、时钟源的选择
这个是难点之一。从手册上我们看到共有三种时钟源：
1、 内部时钟。
也就是选择CKINT做时钟，这个简单，但是有一点要注意，定时器的时钟不是直接来自APB1或APB2，而是来自于输入为APB1或APB2的一个倍频器， 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的预分频系数为其它数值(即预分频系数为2、4、8或16)时，这个倍频器起作用，定时器的时钟频率等于APB1的频率两倍。
例如AHP 72M，APB12分频36M，那么TIMER就是APB1的2倍频，即72M。
怎么选择时钟模式1呢？只要将SMCR中SMS[2:0]弄成000就好了
SMCR
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
ETP
ECE
ETPS[1:0]
ETF[3:0]
MSM
TS[2:0]

SMS[2:0]

2、 外部时钟模式1
这个比较麻烦，时钟源选择的其实就是TRGI（触发输入），但触发输入选择挺多的，共8个……。看框图，他们是：ITRx、TI1F_ED、
TI1FP1、TI2FP2、ETRF
ITRx的东西跟定时器的级联有关，暂时不管他。要进入这种时钟模式首先置SMS为111，当然这还没完，不像内部时钟那样，什么都配好了，这里你还得配置一下别的参数，比如选择TI1FP1,自然要对输入通道1的参数配置好，这样时钟才能按你需要的方式进来。就是配框图这块

相关寄存器
CCMR1（输入）
IC2F[3:0]
IC2PSC[1:0]
CC2S[1:0]
IC1F[3:0]
IC1PSC[1:0]
CC1S[1:0]

CCER
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

CC4P
CC4E

CC3P
CC3E

CC2P
CC2E

CC1P
CC1E
SMCR
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
ETP
ECE
ETPS[1:0]
ETF[3:0]
MSM
TS[2:0]

SMS[2:0]
在CCMR1寄存器里选择好相应的输入(CC1S)和滤波(IC1F)后再配置好输入极性（CCIP）然后在SMCR中选择触发源（TS[2:0]）为TI1这样输入通道就配好了!最后选择SMS为111，开启时钟（CR1中的CEN）。现在时钟就是从TI1上的输入了，可以接个时钟源进行计数之类的。同理，如果要用ETR就把它相关通道配好就可以了。
3、 外部时钟模式2
选择外部输入作为时钟，看框图：

从图上可以看出ETR可以直接作为时钟输入也可以通过触发输入（TRGI）来作为时钟输入即在时钟模式1中触发源选择为ETR，两个效果上是一样的，看起来好像这个外部时钟模式2没什么用处，实际上不是的，他可以跟一些从模式（复位、触发、门控）进行组合。比如当从模式选为触发时，我们不可能再通过触发源选择ETR了，因为从模式控制器被占了，好在有外部时钟模式2，我们选择这种模式后就可以把两者组合在一起完成一些功能了。
总结一下，STM32的时钟选择比较特别，在SFR中关于时钟选择配置位不再一块，不是说两个位在一起00、01、11就选择了而是由
SMCR中SMS和ECE 来控制，这样感觉可以吧内部时钟与外部模式2同时打开（SMS:000,ECE:1），也可以吧外部模式1和外部模式2同时打开(SMS:111,ECE：1)，实际上上述两种方式用的都是外部时钟2.

四、捕获比较通道

这就是我说的定时器三个组成部分中的两个部分了。核心是那个捕获比较寄存器。
看框图

异或那块先不管他，好像跟编码器有关，输入有个特色就是可以把TI的输入搞到CC1上去，也可以把T2的输入搞到CC1上去，其实也可以把T1搞到CC1上去同时把T1搞到CC2上去，这样就有了后来的PWM输入。
输出上的特色是不直接输出，而是有个OC1REF，这样可以定义高有效还是低有效，输出自己需要的有效电平。
五、做实验

讲了这么多你一定烦了吧，那么让我们搞点实际的吧，通过做实验来熟悉定时器，用到新知识时再在其中加以介绍。
实验一：
TIMER-1：定时器上溢，中断中取反LED.
现象：LED 周期2秒闪烁。
主要代码如下：
TIM_DeInit(TIM2);

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=2000; //ARR的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; //采样分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_PrescalerConfig(TIM2,0x8C9F,TIM_PSCReloadMode_Immediate);//时钟分频系数36000，所以定时器时钟为2K

TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, DISABLE);//禁止ARR预装载缓冲器
TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); //开启时钟
解释一下，首先得配好ARR，这是必须地。然后配置预分频，为什么我先配为0再用TIM_PrescalerConfig(TIM2,0x8C9F,TIM_PSCReloadMode_Immediate)配呢，原来PSC也有个预装载功能，却不像ARR和CRR那样有相关的位控制立即装载或更新事件装载也就是说只能更新事件来装载。在上面函数中手工产生了一个更新事件，使PSC立刻生效。CK_DIV暂时没用到。计数模式配置为向上计数。然后在中断中做下LED取反就可以了。
溢出周期怎么算？在这个实验里AHB为72M，APB1为36M，所以CK_INT为72M，36000分频变为2K.ARR=2000，所以1秒溢出1次。
相关寄存器：

CR1
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

CKD[1:0]
ARPE
CMS[1:0]
DIR
OPM
URS
UDIS
CEN

ARR
PSC

接下来的4个实验跟输出通道有关系
实验2
TIMER-2:强置输出
现象：LED 常亮
例子比较简单关键是配好输出通道
CCER
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

CC4P
CC4E

CC3P
CC3E

CC2P
CC2E

CC1P
CC1E

CCMR（输出）
OC2CE
OC2M[2:0]
OC2PE
OC2FE
CC2S
OC1CE
OC1M[2:0]
OC1PE
OC1FE
CC1S

将通道1配为输出，输出使能，输出极性选择好，输出模式选择好就可以了。在V100实验板上PC6-9接了LED，刚好对应着TIMER3重映射后的输出，注意程序里的AFIO函数。
实验3
TIMER-3:输出比较
现象：LED 2秒的周期闪烁。
跟上个实验配置大致相同，只是把输出模式改为翻转功能，并且CRR要配好，当CRR=CNT时翻转输出。
实验4
TIMER-4:PWM输出
现象：输出4种不同占空比的PWM波，4个LED亮度不同。
实验5
TIMER-7:单脉冲方式
现象：LED 只闪烁一次。
将上个实验加一句话
TIM_SelectOnePulseMode(TIM3, TIM_OPMode_Single); //设置单脉冲模式
就是这个实验。其实手册上关于此实验的本意是由一个外部触发使能计数器，然后产生一个脉冲的，这里还没涉及从模式所以简化处理。
涉及寄存器
CR1
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

CKD[1:0]
ARPE
CMS[1:0]
DIR
OPM
URS
UDIS
CEN

接下来再做两个输入的实验
实验6
TIMER-5：输入捕获模式。
现象：通过V100 的JOYSTICK键的SELECT键进入捕获，硬件仿真看CRR的值。
首先是基本的配置：ARR的值、时钟PSC、采样CKD、计数方式。
然后配置输入通道。
选择输入捕获模式、输入极性、把T1配到CC1上、选好输入的滤波跟分频，就可以了。
讲下输入滤波功能，在此实验中Fdts=CKINT/2,Fsample=Fdts/4,所以定时器时钟为2K，所以采样周期为4ms。才8次的话周期小于32ms的干扰会滤除。
相关寄存器
CR1
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

CKD[1:0]
ARPE
CMS[1:0]
DIR
OPM
URS
UDIS
CEN
PSC
ARR
CCMR1（输入）
IC2F[30]
IC2PSC[1:0]
CC2S[1:0]
IC1F[3:0]
IC1PSC[1:0]
CC1S[1:0]

CCER
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

CC4P
CC4E

CC3P
CC3E

CC2P
CC2E

CC1P
CC1E

实验7
TIMER-6:PWM输入
现象：由TIMER3输出通道1产生一路周期2秒占空比50%的PWM波，飞线到TIMER4的输入通道1，有TIMER4来测量该PWM得周期和占空比。
在做实验之前引入三种从模式控制：复位、触发、门控。通过SMCR选择后可以进入这三种从模式

SMCR
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
ETP
ECE
ETPS[1:0]
ETF[3:0]
MSM
TS[2:0]

SMS[2:0]

SMS: 100 101 110
复位 门控 触发
所谓从模式简单理解就是受控于别人了，包括何时启动、何时停止、何时复位。相关作用请看手册提示一点就是进入这三种模式后时钟是谁的问题？肯定不是外部时钟1了，可以是内部时钟和外部时钟2.
接着看实验，PWM方式的原理是这样的，如前文提到过输入时可以把T1映射到CC1上去同时映射到CC2上，将CC1和CC2的捕获边沿搞成相反的，比如CC1捕获T1上升沿，CC2捕获T1下降沿，还要再设置T1为复位从模式，上升沿有效，这样T1上升沿后计数器开始计数。下降沿CC2捕获发生，此为PWM占空比，在来一个上升沿，CC1捕获发生此为PWM周期。注意CC1捕获的第一次无效。
这是从模式跟输入捕获的一种组合使用，从模式还可以跟输出比较组合使用。比如手册上的单脉冲实验。

接着做4个实验跟定时器的级联和定时器同步有关系，在实验前先得说说主模式的问题。在CR2寄存器中的MMS位决定了定时器的主模式方式，即决定TRGO.几种方式可以参看手册。要说明一点就是一个定期器既可以是主模式同时它也是从模式，这就好像你是一个中层干部一样，既可以领导别人同时又被别人领导，这个不冲突的。
简单介绍下4个实验。
实验8
TIMER-8: TIMER2作为TIMER3的分频器.
现象：LED以10秒周期闪烁。
TIMER3配置为PWM输出，但是始终有TIMER2的溢出时间频率来提供，其溢出频率为100Hz所以TIMER3 PWM的周期为10S.
实验9
TIMER-9:TIMER2来使能TIMER3.
现象：LD1前15秒以1秒的周期闪烁，后15秒熄掉，然后下个15秒再闪烁如此循环。
在这个实验里TIEMR3输出一个周期1秒的PWM波，仍然驱动LD1闪烁。同时从模式配成门控模式，TIEMR2将OC1作为TRGO，OC1是一个周期30S占空比50%的PWM波。
实验10
TIMER-10: IMER2启动TIMER3
现象：上电后延迟15秒LD1以1秒的周期闪烁。
此实验跟上个实验配置差不多只要把TIMER3有门控改为触发方式即可。
实验11
TIMER-11: TIMER4的通道1同时出发TIMER4和TIMER3两个定时器
现象：按下JOYSTICK 的“选择键同时出发两个定时器开始。同时TIMER3驱动LD1以1秒周期闪烁。

以上4个实验实际上是主模式和从模式的组合以及主模式和外部时钟1的组合。其实根据自己的需要还可以做出多种组合，这就是STM32定时器强大的地方。

最后多熟悉下库函数，关于TIM的库（2.0版本），本人认为有两点错误：
1、 TIM.C中CR1_CounterMode_Mask 的值为0x039F应该改为0x038F这样才能覆盖CR1的DIR位。
2、 TIM.C中TIM_PrescalerConfig函数原文
if (TIM_PSCReloadMode == TIM_PSCReloadMode_Immediate)
{
TIMx->EGR |= TIM_EventSource_Update;
}
else
{
TIMx->EGR &= TIM_EventSource_Update;
}
红色的这句好像不对吧？应该TIMx->EGR &=～ TIM_EventSource_Update;才对吧。