8、【STM32】定时器（TIM）——中断、PWM、输入捕获实验（一文精通定时器）
目录
前言
理论学习
一、定时器中断
1.1、时基单元包括：
1.2、通用定时器功能
1.3、计数器模式
1.3 相关寄存器
二、定时器PWM输出
2.1、PWM输入模式
2.2、定时器PWM输出
2.3、PWM输出相关寄存器
三、定时器输入捕获
3.1、简介
3.2、寄存器配置
3.3、发生输入捕获时：
实战演练
一、定时器中断配置步骤
1.1、TIM3 时钟设置与使能
1.2、设置 TIM3_ARR 和 TIM3_PSC的值
1.3、设置 TIM3_DIER 允许更新中断
1.4、允许 TIM3 工作（TIM3_CR1）
1.5、TIM3 中断分组与中断服务函数设置
1.6、主函数的编写
二、定时器PWM输出配置步骤
2.1、配置TIM14的输出端口
2.2、设置 TIM14 的 ARR 和 PSC
2.3、TIM14-CH1设置为PWM输出 模式
2.4、TIMx_CR1控制寄存器 1，使能 TIM14
2.5、主函数的编写和占空比控制
三、定时器输入捕获配置步骤
3.1、配置TIM5输入端口
3.2、设置 TIM5 的 ARR 和 PSC
3.3、TIM5-CH1(TI1)设置为输入捕获模式
3.4、设置 TIM5->DIER，使能捕获和更新中断。
3.5、TIMx_CR1控制寄存器 1，使能 TIM5
3.6、设置中断分组及编写中断函数
3.7、输入捕获主函数
前言
使用的是正点原子的探索者开发板进行学习，芯片：STM32F407ZGTx
学习说明此文档为本人的学习笔记，注重实践，关于理论部分会给出相应的学习链接。
本文参考了《正点原子的寄存器开发指南》、《STM32F4参考手册》
详细介绍的时钟的配置与，定时器时钟如何从时钟树而来的。
理论学习
包括TIM1和TIM8高级控制定时器、TIM2-5和TIM9-14通用定时器、TIM6和TIM7基本定时器。
一、定时器中断
1.1、时基单元包括：
- 计数器寄存器 (TIMx_CNT)
- 预分频器寄存器 (TIMx_PSC)
- 自动重载寄存器 (TIMx_ARR)
1.2、通用定时器功能
- 16 位/32 位(仅 TIM2 和 TIM5)向上、向下、向上/向下自动装载计数器（TIMx_CNT），注意：TIM9~TIM14 只支持向上（递增）计数方式。
- 16 位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx_PSC)，计数器时钟频率的分频系数为 1～65535 之间的任意数值。
- 4 个独立通道（TIMx_CH1~4，TIM9~TIM14 最多 2 个通道），这些通道可以用来作为：
- 4）可使用外部信号（TIMx_ETR）控制定时器和定时器互连（可以用 1 个定时器控制另外一个定时器）的同步电路。
- 5）如下事件发生时产生中断/DMA（TIM9~TIM14 不支持 DMA）：
1.3、计数器模式
- 递增计数模式
- 预分频器的缓冲区中将重新装载预装载值（TIMx_PSC 寄存器的内容）
- 自动重载影子寄存器将以预装载值进行更新
- 递减计数模式
- 预分频器的缓冲区中将重新装载预装载值（TIMx_PSC 寄存器的内容）。
- 自动重载活动寄存器将以预装载值（TIMx_ARR 寄存器的内容）进行更新。注意，自动重载寄存器会在计数器重载之前得到更新，因此，下一个计数周期就是我们所希望的新的周期长度。
- 中心对齐模式（递增/递减计数）
- 预分频器的缓冲区中将重新装载预装载值（TIMx_PSC 寄存器的内容）。
- 自动重载活动寄存器将以预装载值 （TIMx_ARR 寄存器的内容）进行更新。注意，如果更新操作是由计数器上溢触发的，则自动重载寄存器在重载计数器之前更新，因此，下一个计数周期就是我们所希望的新的周期长度（计数器被重载新的值）。
1.3 相关寄存器
- TIMx_CR1控制寄存器
- TIMx_DIER中断/DMA使能寄存器
- TIMx_PSC预分频器
- TIMx_CNT计数器(存储计数值)
- TIMx_ARR自动重装载寄存器
二、定时器PWM输出
2.1、PWM输入模式
- 两个 ICx 信号被映射至同一个 TIx 输入。
- 这两个 ICx 信号在边沿处有效，但极性相反。
- 选择两个 TIxFP 信号之一作为触发输入，并将从模式控制器配置为复位模式。
2.2、定时器PWM输出
STM32F4 的定时器除了 TIM6 和 7。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 可以同时产生多达 7 路的 PWM 输出。而通用定时器也能同时产生多达 4路的 PWM 输出！这里我们仅使用 TIM14 的 CH1 产生一路 PWM 输出。
关于PWM在FPGA上的产生更加有助于理解
二、15【FPGA】呼吸灯实现_追逐者-桥的博客-CSDN博客_fpga 呼吸灯
- 比较结果发生改变，或 输出比较模式（TIMx_CCMRx 寄存器中的 OCxM 位）从“冻结”配置（不进行比较， OCxM=“000”）切换为任一 PWM 模式（OCxM=“110”或“111”）。
2.3、PWM输出相关寄存器
除了使用到了定时器中断的那几个寄存器外还用到了以下寄存器
- TIMx_CCMR1/2捕获/比较模式寄存器
- TIMx_CCER捕获/比较使能寄存器
- TIMx_CCR1~4捕获/比较寄存器
三、定时器输入捕获
3.1、简介
在 t1~t2 之间，可能产生 N 次定时器溢出，这就要求我们对定时器溢出，做处理，防止高电平太长，导致数据不准确。如图15.1.1所示，t1~t2之间，CNT计数的次数等于：N*ARR+CCRx2，有了这个计数次数，再乘以 CNT 的计数周期，即可得到 t2-t1 的时间长度，即高电平持续时间。
STM32F4 的定时器，除了 TIM6 和 TIM7，其他定时器都有输入捕获功能。
3.2、寄存器配置
- 选择有效输入：TIMx_CCR1 必须连接到 TI1 输入，因此向 TIMx_CCMR1 寄存器中的CC1S 位写入 01。只要 CC1S 不等于 00，就会将通道配置为输入模式，并且 TIMx_CCR1寄存器将处于只读状态。
- 根据连接到定时器的信号，对所需的输入滤波时间进行编程（如果输入为 TIx 输入之一，则对 TIMx_CCMRx 寄存器中的 ICxF 位进行编程）。假设信号变化时，输入信号最多在 5 个内部时钟周期内发生抖动。因此，我们必须将滤波时间设置为大于 5 个内部时钟周期。在检测到 8 个具有新电平的连续采样（以 fDTS 频率采样）后，可以确认 TI1上的跳变沿。然后向 TIMx_CCMR1 寄存器中的 IC1F 位写入 0011。
- 通过向 TIMx_CCER 寄存器中的 CC1P 位和 CC1NP 位写入 0，选择 TI1 通道的有效转换边沿（本例中为上升沿）。
- 对输入预分频器进行编程。在本例中，我们希望每次有效转换时都执行捕获操作，因此需要禁止预分频器（向 TIMx_CCMR1 寄存器中的 IC1PS 位写入 00）。
- 通过将 TIMx_CCER 寄存器中的 CC1E 位置 1，允许将计数器的值捕获到捕获寄存器中。
- 如果需要，可通过将 TIMx_DIER 寄存器中的 CC1IE 位置 1 来使能相关中断请求，并且/或者通过将该寄存器中的 CC1DE 位置 1 来使能 DMA 请求。
3.3、发生输入捕获时：
- 发生有效跳变沿时，TIMx_CCR1 寄存器会获取计数器的值。
- 将 CC1IF 标志置 1（中断标志）。如果至少发生了两次连续捕获，但 CC1IF 标志未被清零，这样CC1OF捕获溢出标志会被置 1。
- 根据 CC1IE 位生成中断。
- 根据 CC1DE 位生成 DMA 请求。
实战演练
一、定时器中断配置步骤
1.1、TIM3 时钟设置与使能
//设置时钟频率：HSE=8M M=8 N=336 P=2 Q=7
//PLL=HSE/M=1M PLLCLK=PLL*N/P=168M USB=PLL*N/Q=48M
Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);- RCC_CFGR RCC时钟配置寄存器
想CFGR[12:10]位写5，即4分频，因此APB1=PLLCLK/4=42M
RCC->CFGR|=(0<<4)|(5<<10)|(4<<13);
- TIM3 时钟使能
TIM3挂载在APB1时钟总线上，
TIM3由于在配置APB1的时候使用了4分频，所以定时器进行了2倍频，为84MHz。
RCC->APB1ENR |= 1<<1;1.2、设置 TIM3_ARR 和 TIM3_PSC的值
时间计算公式：Tout = ( (arr+1) * (psc+1) ) / Tclk；
TIM3->ARR=arr; //设置TIM3的自动装载值
TIM3->PSC=psc; //预分频器设置
1.3、设置 TIM3_DIER 允许更新中断
TIM3->DIER|=1<<0;1.4、允许 TIM3 工作（TIM3_CR1）
TIM3->CR1|=0x01; 使能定时计数器器，且为递增计数
1.5、TIM3 中断分组与中断服务函数设置
- 中断分组，TIM3优先级配置
MY_NVIC_Init(1,3,TIM3_IRQn,2);- 编写中断服务函数
TIMX-SR状态寄存器：
void TIM3_IRQHandler(void)
{ if(TIM3->SR&0X0001) //中断发生,最低位由硬件置1{LED1=!LED1; } TIM3->SR&=~(1<<0); //必须将最低位软件置0，等待下次中断的到来
}1.6、主函数的编写
TIM(定时器)=84MHz psc(分频系数)=8400 arr(重装在值)=5000
定时器计数频率 = 84MHz / 8400 =10KHz
Tout = 5000 / 10KHz = 0.5s
int main(void)
{ Stm32_Clock_Init(336,8,2,7); //pll=1M pllclk=168M delay_init(168); LED_Init(); TIM3_Int_Init(5000-1,8400-1); //arr pscwhile(1){LED0=!LED0;delay_ms(200);};
}
二、定时器PWM输出配置步骤
2.1、配置TIM14的输出端口
RCC->APB1ENR|=1<<8; //使能TIM13定时器的时钟
RCC->AHB1ENR|=1<<5; //使能端口FA9的端口时钟
GPIO_Set(GPIOF,PIN9,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_100M,GPIO_PUPD_PU);
GPIO_AF_Set(GPIOF,9,9); //PF9,AF9 2.2、设置 TIM14 的 ARR 和 PSC
TIM14->ARR=arr; //重装载值
TIM14->PSC=psc; //分频系数
2.3、TIM14-CH1设置为PWM输出 模式
TIM14-CCMR1捕获比较寄存器1相关位描述
TIMx_CCER捕获/比较使能寄存器相关位描述
TIM14->CCMR1|=6<<4; //打开TIM14的CH1
TIM14->CCMR1|=1<<3; //使能与 TIM14_CCR1 相关的预装载寄存器
TIM14->CCER|=1<<0; //下降沿触发，低电平有效
TIM14->CCER|=1<<1; //使能CH1输出2.4、TIMx_CR1控制寄存器 1，使能 TIM14
TIM14->CR1|=1<<7; //自动装载进行缓存
TIM14->CR1|=1<<0; //定时计数器使能
2.5、主函数的编写和占空比控制
#define LED0_PWM_VAL TIM14->CCR1 int main(void)
{ u16 led0pwmval=0; //TIM14-CCR1的值，及占空比的计数值u8 dir=1;Stm32_Clock_Init(336,8,2,7); delay_init(168); TIM14_PWM_Init(500-1,84-1); //1MHz的计数频率，PWM频率2KHz, T=0.5mswhile(1){delay_ms(10); //10ms重载一次占空比,20次PWM的输出if(dir)led0pwmval++; //占空比增加else led0pwmval--; //占空比减小if(led0pwmval>300)dir=0; if(led0pwmval==0)dir=1; LED0_PWM_VAL=led0pwmval; //重新装载占空比值}
}
三、定时器输入捕获配置步骤
3.1、配置TIM5输入端口
RCC->APB1ENR|=1<<3;
RCC->AHB1ENR|=1<<0;
GPIO_Set(GPIOA,PIN0,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_100M,GPIO_PUPD_PD);
GPIO_AF_Set(GPIOA,0,2); //PA0,AF2 (TIM5-CH1)
3.2、设置 TIM5 的 ARR 和 PSC
计数分频系数与计数器数设置，在定时器中断有相关描述
TIM5->ARR=arr;
TIM5->PSC=psc;3.3、TIM5-CH1(TI1)设置为输入捕获模式
TIM5-CCMR1捕获比较寄存器1相关位描述
TIM5_CCER捕获/比较使能寄存器相关位描述
TIM5->CCMR1|=1<<0; //CCIS位，将CC1设置成输入且映射到TI1
TIM5->CCMR1|=0<<4; //IC1PSC,无分频
TIM5->CCMR1|=0<<10; //IC1F，无滤波器
TIM5->CCER|=0<<1; //CC1P,无反向，上升沿触发
TIM5->CCER|=1<<0; //CC1E，使能输入捕获
3.4、设置 TIM5->DIER，使能捕获和更新中断。
TIM5->DIER|=1<<1;
TIM5->DIER|=1<<0;
//设置软件控制产生更新事件，是载入PSC值立刻生效，否则要等到溢出后才生效
TIM5->EGR=1<<0;3.5、TIMx_CR1控制寄存器 1，使能 TIM5
TIM5->CR1|=0x01; 3.6、设置中断分组及编写中断函数
MY_NVIC_Init(2,0,TIM5_IRQn,2)u8 TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //捕获标志0x40上升沿捕获，0x80下降沿捕获
u32 TIM5CH1_CAPTURE_VAL; //捕获计数值存储空间
void TIM5_IRQHandler(void)
{ u16 tsr;tsr=TIM5->SR; //定时器状态寄存器if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0) //捕获未完成{if(tsr&0X01) //定时器溢出标志{ if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40) //上升沿被捕获到后{if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F) //达到计数器溢出值 {TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80; //标记捕获到了一个定时计数器周期TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFFFFFF; //保存一个完成的计数周期}else TIM5CH1_CAPTURE_STA++; //计数器未溢出} }if(tsr&0x02) //发生上升沿捕获事件进入中断 { if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40) //上升沿捕获已完成，下降沿捕获中断进入{ TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80; //已经捕获到下降沿标志TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM5->CCR1; //储存捕获计数器值TIM5->CCER&=~(1<<1); //设置为上升沿捕获进入中断}else //将计数器清零，重新计数 {TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40; //已经捕获到上升沿标志TIM5->CR1&=~(1<<0); //使能定时器TIM5->CNT=0; //清空计数器TIM5->CCER|=1<<1; //设置为下降沿捕获进入中断TIM5->CR1|=0x01; //开启定时器} } }TIM5->SR=0;
}3.7、输入捕获主函数
extern u8 TIM5CH1_CAPTURE_STA;
extern u32 TIM5CH1_CAPTURE_VAL;
int main(void)
{ long long temp=0; Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);delay_init(168); uart_init(84,115200); TIM14_PWM_Init(500-1,84-1); TIM5_CH1_Cap_Init(0XFFFFFFFF,84-1);while(1){delay_ms(10);LED0_PWM_VAL++;if(LED0_PWM_VAL==300)LED0_PWM_VAL=0;if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80) //捕获到了一个定时器计数周期或者下降沿{temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F; //提取捕获值temp*=0XFFFFFFFF; //计算捕获时间temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL; //加入定时器周期时间和下降沿捕获时间printf("HIGH:%lld us\r\n",temp); //输出捕获总时间TIM5CH1_CAPTURE_STA=0; //将捕获标志位清0，进入下一次捕获}}
}输入捕获功能应用
电容触摸按键：电容按键是接触式的，点一下就松开（与微动开关类似），因此需要消除抖。在之前的微动开关使用时间延迟判断两次，状态相同时才认为是按下。这里同理，这里使用的是输入捕获即手指接触一定时间后到达B认为电容按键按下。
正点原子中的文档内容描述：
对于电容按键用的不是特别多，这里不进行实验，有需要的可以自己去看一下正点原子的相关实验。
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