绪言

一、定时器整体工作流程梳理

二、寄存器剖析

1·CR1、ARR、PSC寄存器

2·DIER、SR、CNT寄存器

三、CubeMX配置定时器

绪言

定时器可以说是32中非常重要的一个外设了，之前虽然知道怎么去配置和使用它，但是其中的原理却是一知半解。通过最近的学习，才慢慢摸索到其中的奥秘。这篇文章主要聊一聊定时器的工作原理和定时器中断，只是最最基础的东西，关于定时器的输入输出，会在接下来的文章中更新。

一、定时器整体工作流程梳理

在最开始，先来看一下ST官方手册给出的框图

这里只是截取了本次内容需要关注的东西，有兴趣的读者可以自行去查看官方手册。

可以看到，其最基本的工作原理还是比较简单的，就是一个时钟源的选择，然后用选择的时钟源作为一个计数器的时钟。CNT计数器按照自动重装载寄存器里面的值向上或者向下计数。当计数达到阈值时，可以选择产生中断与否，然后将自动重装载寄存器的值更新到CNT计数器重新计数。如此循环往复，就是定时器的工作原理。

二、寄存器剖析

上面已经说了定时器的基本工作原理，那它是怎么知道时钟源的选择以及该向上还是向下计数呢？这些问题都是通过配置相应的寄存器去控制定时器的。接下来就来剖析剖析定时器相关的寄存器。

1·CR1、ARR、PSC寄存器

基本上很多外设都会有一个CR寄存器（控制寄存器），各个外设的这个寄存器的大致作用也都差不多，都是对外设的一些初始化参数进行配置。

对于只是让定时器“跑起来”，我们只需要关注这个寄存器的以下位：

1）ARPE位：作用是使能预装载寄存器缓冲（会在后面介绍）

2）CMS位、DIR位：这两位组合起来用于配置定时器计数方式

3）CEN：定时器使能位

ARR寄存器就是上面整体框图中的自动重装载寄存器，一个16位的用于储存计数数值的寄存器。

有一个需要注意的点是计数周期是(ARR[15:0]+1)个时钟周期，这个应该不难理解。例如：ARR中的值是10，向上计数模式中，从0开始计数到10实际上是用了计数11次的时间。因为从上次10溢出到下一次0开始中间还有一个时钟周期。

PS：第一次开始计数时，使能计数器之后，会隔一个时钟周期，计数器才会开始工作。时序图如下：

这里我们只需要关注CK_PSC、CNT_EN和CK_CNT几个参数。CK_PSC就是定时器时钟源，CK_CNT是计数器时钟，CNT_EN是计数器使能位。可以看出，在CNT_EN置1后，隔了一个时钟周期，CK_CNT才开始工作。

PSC寄存器又叫预分频寄存器，是一个16位的寄存器，可实现时钟分频。并且自带缓冲器，故可以在定时器工作时读写。分频因子的计算公式为：

PSC[15:0]+1

可能很多人和我一样刚开始不能理解为什么要加1，我是这样理解的，当PSC复位时，也就是不分频时，就相当于CLK/1；但是这个寄存器的值是0，时钟是不可能去除0的。所以用（PSC[15:0]+1)作为分频因子。

可以得出定时器溢出时间的计算公式：Tout= ((arr+1)*(psc+1))/Tclk。

2·DIER、SR、CNT寄存器

这三个寄存器没有太多值得说的地方，这里就只做简单介绍。

DIER：UIE位：允许更新中断使能

SR：状态寄存器，用于记录各种标志位

CNT：记录计数器中的值

这些寄存器可总结为下图：

定时器计数的内部了解了，再来说一说时钟源的问题，时钟是每个外设工作必不可少的东西。定时器的时钟来源有很多，作为初学者我们只需要了解最简单的内部时钟来源。（CK_INT）

下图是CubeMX配置的时钟树：

图中绿色方框框选的地方是APB1的分频因子，这里的内部时钟CK_INT时钟是从 APB1 倍频的来的，除非 APB1 的时钟分频数设置为 1，否则通用定时器 TIMx 的时钟是 APB1 时钟的 2 倍，当 APB1 的时钟不分频的时候，通用定时器 TIMx 的时钟就等于APB1的时钟。

这里结合我们最开始的整体框图看，可能更便于理解。

通过APB1总线时钟得到内部时钟CK_INT之后，再由PSC分频得到计数器时钟。所以整个定时器的时钟树可以理解为下图：

最后采用抽象艺术给大家总结一下定时器计数的工作原理：

其中U代表用户配置的东西，这里以向下计数为例。可能存在一定问题，只是为了方便理解。下面着重介绍一下影子寄存器和前面说的ARR自动重装载缓冲。

影子寄存器：真正起作用的寄存器，用户无法操作。也就是说真正工作的其实是它，ARR只是将用户和它联系起来的媒介。

自动重装载缓冲：当ARPE置1时，用户写入ARR的不会立马更新，而是会在更新事件到来的时候，从ARR寄存器转移到影子寄存器，再由影子寄存器更新到CNT计数器中。如果ARPE=0，用户写入ARR之后，就会立即传送到影子寄存器。

这里如果大家有不理解的可以去看ST官方的手册，里面有非常详细的讲解。

三、CubeMX配置定时器

Mode栏的第一部分只需要关注时钟源，其他的暂时不需要关注。这里选择内部时钟。

第二部分的东西可以看出就是对前面说的寄存器的配置。可以配置分频系数（PSC）、计数模式、自动重装载的值（ARR），其中CKD不用管，是输入捕获才用到的东西，auto-reload preload是自动重装载，应配置为使能。TRGO这里不用管。

同时还可以在NVIC Setting一栏中选择中断开启与否。

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