教学材料《STM实战通关》-单元3

3.1STM32F4的定时器3.1.1定时器简介

STM32F4包含14个定时器，如表3.1所示。其中基本定时器包括TIM6,TIM7,其结构最简单，也具有最基本的定时功能，一是用于基本定时、产生时基，二是用于驱动DAC数/模转换器;通用定时器包括5和TIME9~TIME14共10个，通用定时器除了包含基本定时器的功能外，还有输入捕获、输出比较和PWM功能等;高级定时器包括TIM1、TIM8。详见《STM32F4中文参考手册》。本单元主要介绍STM32F4的通用定时器(TIM2~TIM5和TIM9~TIM14)。下一页返回3.1STM32F4的定时器其中TIM2,TIMS为32位定时器。通用定时器包含一个16位或32位(仅TIM2,TIM5)自动重载计数器(CNT)，该计数器由可编程预分频器(PSC)驱动。每个通用定时器都是完全独立的，没有互相共享的任何资源。通用TIMx定时器主要应用如下。

(1)更新:计数器的上溢或下溢。

(2)事件触发。(3)输入捕获。

(4)输出比较。

(5)支持针对定位的增量编码和霍尔传感器电路。

(6)触发输入作为外部时钟或按周期电源管理。上一页下一页返回3.1STM32F4的定时器3.1.2定时器时钟由图3.1可见，定时器时钟来源可以是内部时钟(CK_INT)、外部时钟模式(外部引脚TIx，由输入捕获部分产生)、外部触发输入ETR、内部触发输入ITRx(该时钟是由另一个定时器输出产生的，对应到框图中的TRGO)。3.1.3时基单元时基单元由三部分组成，即PSC预分频器、CNT计数器和自动重载寄存器，如图3.2所示。上一页下一页返回3.1STM32F4的定时器

PSC预分频器负责对所选时钟CK_PSC进行分频，产生所需的定时器工作时钟。CNT计数器负责计数。自动重载寄存器负责在定时器被某事件触发后，将重载值装载到计时器中。3.1.4输入捕获输入捕获功能时，通过检测TIM_CHx上的边沿信号(上升沿或下降沿)，在信号边沿，将当前计数器值存放到相应通道的捕获/比较寄存器中。以TI1通道为例，输入信号经过滤波器输出TI1F，再经过边沿检测(上升沿或下降沿)及选通后，产生的信号通过分频器分频后输出捕获的信号CC1。输入通道如图3.3所示。上一页下一页返回3.1STM32F4的定时器输入捕获功能相关库函数如下:3.1.5输出比较使用输出比较功能时，需要在CCRx寄存器中设定输出比较值。上一页下一页返回3.1STM32F4的定时器定时器将当前计数值与比较值做比较，再根据比较结果和极性、有效性设定，确定输出电平的高低状态。输出通道如图3.4所示。输出比较功能相关库函数如下:上一页返回3.2PWM“呼吸灯”实验3.2.1原理介绍脉冲宽度调制(PulseWidthModulation,PWM)是一种对脉冲宽度进行数字控制的调制技术。要使STM32的定时器TIMx产生PWM输出，除了3.1节提到的3个寄存器外，还需要捕获/比较模式寄存器(TIMx_CCMRl/2)、捕获/比较使能寄存器(TIMx_CCER)、捕获/比较寄存器(TIMx_CCRl~4)。STM32定时器的PWM输出模式包括两种，即PWM模式1和PWM模式2。下一页返回3.2PWM“呼吸灯”实验在PWM模式1下，当前计数值TIMx_CNT始终与输出比较值TIMx_CCRx进行比较，只要TIMx_CNT<TIMx_CCRx,PWM参考信号OCxREF便为高电平;否则为低电平。在PWM模式2下，则情况完全相反。以PWM模式1为例，若自动重载值TIMx_ARR=8,CCR取值不同，则OCxREF将表现为不同的输出。如图3.5所示。3.2.2编程方法(1)配置定时器2与PWM模式。定时器2通道1输出信号通过GPIOAS引脚复用输出。通过查看数据手册中的“Table7.Alternatefunctionmapping”可得，如图3.6所示。上一页下一页返回3.2PWM“呼吸灯”实验上一页下一页返回3.2PWM“呼吸灯”实验上一页下一页返回3.2PWM“呼吸灯”实验(2)在main.c文件中，设计了调节PWM占空比的方法。上一页下一页返回3.2PWM“呼吸灯”实验上一页下一页返回3.2PWM“呼吸灯”实验3.2.3实验现象LED“呼吸灯”产生忽明忽暗的效果。上一页返回3.3输入捕捉“超声测距”实验3.3.1原理介绍使用通用定时器的输入捕获功能时，需要检测TIMx_CHx上的边沿信号。在边沿信号(如上升沿或下降沿)发生时，将当前计数值存放到对应通道的捕获/比较寄存器里，完成一次捕获。同时，还可以配置捕获时是否触发中断/DMA等。超声测距采用通用超声模块HC-SR04与实验平台连接，如图3.7所示。测距步骤如下。(1)由单片机PAl发出一个不小于10μs的高电平信号至模块TRIG端，触发模块开启测距。下一页返回3.3输入捕捉“超声测距”实验

(2)模块连发8个40kHz左右的脉冲信号。

(3)脉冲信号遇到障碍物后反射回来。模块ECHO端接收到距离回响信号，高电平的时间就是超声波从发射到返回的时间，PAO接收ECHO端信号，如图3.8所示。本实验通过TIMS通道1捕获输入距离回响信号的脉宽，通过捕获单周期内上升沿与下降沿之间的间隔时间，来计算信号的高电平脉冲宽度。串口端每is更新一次被测距离值。上一页下一页返回3.3输入捕捉“超声测距”实验3.3.2编程方法(I)使用杜邦线连接ECHO和PAO,TRIG和PA1。初始化PAO。上一页下一页返回3.3输入捕捉“超声测距”实验(2)配置定时器定时单元和输入捕捉工作模式。(3)设置输入捕捉中断，并开启。上一页下一页返回3.3输入捕捉“超声测距”实验上一页下一页返回3.3输入捕捉“超声测距”实验上一页下一页返回3.3输入捕捉“超声测距”实验上一页下一页返回3.3输入捕捉“超声测距”实验(4)在main.c中，通过PAl发送触发信号给模块。上一页下一页返回3.3输入捕捉“超声测距”实验(1)通过定时器输入捕获中断函数捕获echo信号，并测算。设置输入捕获为上升沿捕获，记录发生上升沿事件时TIMS_CNT的值;设置输入捕获为下降沿捕获，记录发生下降沿事件时TIMS_CNT的值。上一页下一页返回3.3输入捕捉“超声测距”实验上一页下一页返回3.3输入捕捉“超声测距”实验上一页下一页返回3.3输入捕捉“超声测距”实验3.3.3实验现象将超声测距模块对准障碍物，串口中即显示模块距障碍物的实际距离，如图3.9所示。上一页返回3.4常用固件库函数本单元主要固件库函数如表3.2所示。返回3.5项目3:高频频率计的设计3.5.1方案设计频率测量是电子技术中的重要领域，很多电子系统对高频测量的精度、速度、频带宽等指标有着极高的要求。本项目利用32位定时器TIMS_CHl(PAO)的输入捕获功能来捕获TIM2_CH1(PF9)输出的高频PWM信号(3~30MHz)的上升沿，继而精确测算出高频信号的频率。频率被定义为单位时间内周期的个数。通过计算1ms中周期的个数来推算出信号频率。单位为/s。STM32F407定时器最大时钟频率为168MHz，输入捕捉通道对外部输入源的最大分频系数为8。下一页返回3.5项目3:高频频率计的设计根据采样定理，本设计最大可测频率为168MHzx8/2-=680MHz。通过KEY0发送测频开启/关闭消息。开启后，在使用定时器3产生的1s门时中断产生1s的软定时。同时开启TIMS输入捕捉功能及中断TIMS_IRQHandler，并在TIMS_IRQHandle:中记录周期个数。系统每1s对信号频率Freq进行一次测算，由此得到Freq=FreqSumx分频系数x100。程序流程如图3.10所示。3.5.2编程方法(1)在3.2节“呼吸灯”程序的基础上新建timer.C。(2)初始化TIM3.TIM3用于产生1s门时中断。上一页下一页返回3.5项目3:高频频率计的设计上一页下一页返回3.5项目3:高频频率计的设计(3)定义TIM3_IRQHandle:中断函数。当1s门时中断发生时，计算每1s内捕获到的脉冲个数。上一页下一页返回3.5项目3:高频频率计的设计上一页下一页返回3.5项目3:高频频率计的设计(4)初始化TIM5。TIM5用于捕获TIM2输出的PWM波的上升沿。上一页下一页返回3.5项目3:高频频率计的设计上一页下一页返回3.5项目3:高频频率计的设计(5)定义TIM5_IRQHandle中断函数。当信号上升沿到来时，进人TIM5_IRQHandler捕获中断。上一页下一页返回3.5项目3:高频频率计的设计上一页下一页返回3.5项目3:高频频率计的设计(6)在main.c中，当KEY0按下时，打开Tim3，产生1s门时中断，同时打开TIM5输入捕获功能。上一页下一页返回3.5项目3:高频