嵌入式详解10：定时器

ARM嵌入式技术——Cortex-M3第9讲：定时器应用第9讲：定时器应用参考资料STM32F1xx官方资料：《STM32F10xxx参考手册》V10-第14章定时器概述STM32TIMER分类概述整体讲，STM32家族的定时器众多，按照核内、核外标准大致分为两部分：核内定时器+外设定时器

•核内定时器：Systick

•外设定时器:特定应用定时器+常规定时器

•特定应用定时器：LPTIM;RTC;WTD;HRTIM

•常规定时器：基本定时器、通用定时器、高级定时器【课程介绍重点】按计数器位宽来分：

•16位定时器

•32位定时器【STM32F10x没有，其他系列中有】

•24位定时器【Systick】

第9讲：定时器应用定时器概述常规定时器基本定时器：几乎没有任何对外输入/输出，常用作时基，实现基本的计数、定时功能。通用定时器：除了基本定时器的时基功能外，还可对外做输入捕捉、输出比较以及连接其它传感器接口【编码器和霍尔传感器】。高级定时器：此类定时器的功能最为强大，除了具备通用定时器的功能外，还包含一些与电机控制和数字电源应用相关的功能，比方带死区控制的互补信号输出、紧急刹车关断输入控制。第9讲：定时器应用定时器概述

STM32定时器STM32F10x系列总共最多有8个定时器：第9讲：定时器应用定时器概述常规定时器区别定时器种类位数计数器模式产生DMA请求捕获/比较通道互补输出特殊应用场景高级定时器（TIM1,TIM8)16向上，向下，向上/下可以4有带死区控制盒紧急刹车，可应用于PWM电机控制通用定时器（TIM2~TIM5）16向上，向下，向上/下可以4无通用。定时计数，PWM输出，输入捕获，输出比较基本定时器(TIM6,TIM7)16向上，向下，向上/下可以0无主要应用于驱动DAC第9讲：定时器应用定时器概述定时器时钟布局第9讲：定时器应用TIM1和TIM8是高级控制定时器，时钟由APB2的输出产生。TIM2~TIM5是通用定时器，TIM6和TIM7是基本定时器器，时钟由APB1输出产生。定时器概述功能引脚分布第9讲：定时器应用基本定时器功能特点描述基本定时器各包含一个16位自动装载计数器，由各自的可编程预分频器驱动。它们可以作为通用定时器提供时间基准，特别地可以为数模转换器(DAC)提供时钟。实际上，它们在芯片内部直接连接到DAC并通过触发输出直接驱动DAC。基本定时器是互相独立的，不共享任何资源主要功能包括：16位自动重装载累加计数器16位可编程(可实时修改)预分频器，用于对输入的时钟按系数为1～65536之间的任意数值分频触发DAC的同步电路在更新事件(计数器溢出)时产生中断/DMA请求第9讲：定时器应用基本定时器功能特点描述时钟源时间基第9讲：定时器应用时钟由内部时钟(CK_INT)提供。TIMx_CR1寄存器的CEN位和TIMx_EGR寄存器的UG位是实际的控制位，(除了UG位被自动清除外)只能通过软件改变它们。一旦置CEN位为‘1’，内部时钟即向预分频器提供时钟。基本定时器功能特点描述时钟源时间基第9讲：定时器应用控制电路和向上计数器在普通模式下，没有预分频器时的操作举例：基本定时器功能特点描述时钟源时间基时基单元包含：计数器寄存器(TIMx_CNT)预分频寄存器(TIMx_PSC)自动重装载寄存器(TIMx_ARR)第9讲：定时器应用基本定时器功能特点描述第9讲：定时器应用时钟源时间基根据TIMx_CR1寄存器中的自动重装载预加载使能位(ARPE)，写入预加载寄存器的内容能够立即或在每次更新事件时，传送到它的影子寄存器。当TIMx_CR1寄存器的UDIS位为‘0’，则每当计数器达到溢出值时，硬件发出更新事件；软件也可以产生更新事件。计数器由预分频输出CK_CNT驱动，设置TIMx_CR1寄存器中的计数器使能位(CEN)使能计数器计数。注意：实际的设置计数器使能信号CNT_EN相对于CEN滞后一个时钟周期。基本定时器功能特点描述第9讲：定时器应用时钟源时间基预分频通过16位寄存器(TIMx_PSC)的计数以系数介于1至65536之间的任意数值对计数器时钟实现分频。因为TIMx_PSC控制寄存器具有缓冲，可以在运行过程中改变它的数值，新的预分频数值将在下一个更新事件时起作用。预分频系数从1变到2预分频系数从1变到4基本定时器功能特点描述第9讲：定时器应用计数器从0累加计数到自动重装载数值(TIMx_ARR寄存器)，产生一个溢出，并重新从0开始计数。每次计数器溢出可以产生更新事件UEV。(通过软件或使用从模式控制器)设置TIMx_EGR寄存器的UG位也可以产生更新事件设置TIMx_CR1中的UDIS位可以禁止产生UEV事件如果设置了TIMx_CR1寄存器中的URS(选择更新请求)，设置UG位可以产生一次更新事件UEV，但不设置UIF标志(即没有中断或DMA请求)当发生一次更新事件时，所有寄存器会被更新并(根据URS位)设置更新标志(TIMx_SR寄存器的UIF位)：传送预装载值(TIMx_PSC寄存器的内容)至预分频器的缓冲区。自动重装载影子寄存器被更新为预装载值(TIMx_ARR)。基本定时器功能特点描述第9讲：定时器应用时序图举例：TIMx_ARR=0x36内部时钟分频系数为1内部时钟分频系数为4基本定时器功能特点描述第9讲：定时器应用时序图举例：TIMx_ARR=0x36，分频系数为1ARPE=0时的更新事件(TIMx_ARR没有预装载)ARPE=1时的更新事件(预装载TIMx_ARR)TIMx_CR1定时器总述功能模块第9讲：定时器应用从模式控制单元时钟源选择触发输入选择使能、启停计数器从模式控制触发输出单元TRGO连接到其它定时器或ADC/DAC外设输入单元时钟源输入捕捉信号输入【极性选择、滤波】……比较输出单元PWM输出OC切换输出强制输出时基单元时钟分频计数、重装PSC/CNT/ARR/RCR捕捉比较单元CCR定时器核心单元数值匹配比较，实现不同输出波形输入捕捉或比较输出的公共执行单元定时器总述寄存器特色第9讲：定时器应用定时器中的PSC/ARR/RCR/CCR寄存器具有预装载功能，即每类寄存器具有双寄存器机制,分别由各自的影子寄存器和预装载寄存器组成；影子寄存器是真正起作用的寄存器，预装载寄存器为影子寄存器提供缓冲，提前做数据或指令准备；因为定时器工作往往具有一定周期性，如果每次我们的参数修改都直接作用于实际寄存器，往往不可避免会影响到当前周期的正常计数以及相关的输出动作。用户操作的永远只是

预装载寄存器！包括DMA的访问。ARR/CCR影子寄存器的预装功能可软件开启或关闭。在开启预装载功能时，影子寄存器的内容必须借助更新事件完成更新！影子寄存器的预装载功能的开启或关闭，往往也犹如影子、如幽灵般。充分理解预装载机制与更新事件的功能很重要！定时器总述信号链第9讲：定时器应用定时器总述相关事件第9讲：定时器应用定时器总述比较输出功能第9讲：定时器应用STM32定时器的强大功能很大程度上通过其灵活的比较输出功能来体现。基本的比较输出模式：PWM输出：PWM1模式或PWM2模式比较匹配输出模式：比较匹配时输出有效或无效电平强制输出模式：强制输出有效或无效比较输出切换模式：功能极为灵活和强大。基本的比较输出功能结合定时器事件、主从触发模式、中断、DMA等，使得STM32定时器的输出功能十分灵活多样。定时器总述整体把握第9讲：定时器应用1、六类功能单元【时基、从模式控制、输入、输出、捕捉比较、触发输出】2、四类信号【时钟信号、外部输入信号、触发输入信号、触发输出信号】3、四类事件【更新事件、捕捉、比较事件、触发事件】4、一大特性【影子寄存器的预装载特性】通用定时器功能特点描述STM3

的通用

TIMx

(TIM2、TIM3、TIM4

和

TIM5)定时器功能特点包括：

位于低速的APB1总线上

16

位向上、向下、向上/向下(中心对齐)计数模式，自动装载计数器（TIMx_CNT）。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），这些通道可以用来作为：

输入捕获

输出比较

PWM

生成(边缘或中间对齐模式)

单脉冲模式输出

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。第9讲：定时器应用通用定时器功能特点描述第9讲：定时器应用如下事件发生时产生中断/DMA（6个独立的IRQ/DMA请求生成器）：

更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)

触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)

输入捕获

输出比较

支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路

触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理STM32

的通用定时器可以被用于：测量输入信号的脉冲长度(输入捕获)或者产生输出波形(输出比较和

PWM)等。

使用定时器预分频器和

RCC

时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。STM32

的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。通用定时器计数器模式第9讲：定时器应用通定时器可以向上计数、向下计数、向上向下双向计数模式。①向上计数模式：计数器从0计数到自动加载值(TIMx_ARR)，然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。②向下计数模式：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。③中央对齐模式（向上/向下计数）：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。通用定时器时基单元第9讲：定时器应用计数器寄存器(TIMx_CNT)向上计数、向下计数或者中心对齐向计数；预分频器寄存器(TIMx_PSC)可将时钟频率按1到65536之间的任意值进行分频，可在运行时改变其设置值；自动装载寄存器(TIMx_ARR)如果TIM1_CR1寄存器中的ARPE位为0，ARR寄存器的内容将直接写入影子寄存器；如果ARPE为1，ARR寄存器的内容将在每次的更新事件UEV发生时，传送到影子寄存器；如果TIM1_CR1中的UDIS位为0，当计数器产生溢出条件时，产生更新事件；通用定时器更新事件第9讲：定时器应用将预载寄存器的内容写入影子寄存器(通过自动重载位是否被使能来决定)：立即在每次更新事件发生时产生更新事件的条件:当计数器上溢或下溢时，当循环计数器计数值为0时(仅适于TIM1)，通过软件设置UG(UpdateGeneration)位。更新事件的请求源可以从下面选择：URS

=1

---

仅当计数器到达上溢/下溢时，将发出更新请求；URS=0

---计数器的上溢/下溢、更新位的设置或从模式控制器产生的更新，将发出更新请求。通用定时器工作过程第9讲：定时器应用通用定时器计数时钟的选择第9讲：定时器应用内部RCC提供的时钟：TIMxCLK内部触发输入口1～4:ITR0/ITR1/ITR2/ITR3用一个定时器作为另一定时器的分频器外部捕捉比较引脚引脚1：TI1FP1或TI1F_ED引脚2：TI2FP2外部引脚：ETR使能/禁止位可编程设定极性4位外部触发过滤器外部触发分频器：分频器关闭/二分频/四分频/八分频计数器的时钟有8种选择：两路同源通用定时器捕捉比较第9讲：定时器应用捕捉比较阵列包括：每个定时器有4个同样的捕捉比较通道；可编程设定通道的方向：输入/输出每个通道由以下部分组成：捕捉/比较寄存器针对捕捉的输入部分：4位数字滤波器输入捕捉分频器：检测到每个边沿完成捕捉每产生2个事件完成捕捉每产生4个事件完成捕捉每产生8个事件完成捕捉针对比较的输出部分:比较器输出控制通用定时器捕捉比较IC1、2和IC3、4可以分别通过软件设置将其映射到TI1、TI2和TI3、TI4；4个16位捕捉比较寄存器可以编程用于存放检测到对应的每一次输入捕捉时计数器的值；当产生一次捕捉，相应的CCxIF标志位被置1；同时如果中断或DMA请求使能，则产生中断或DMA请求。如果当CCxIF标志位已经为1，当又产生一个捕捉，则捕捉溢出标志位CCxOF将被置1。第9讲：定时器应用通用定时器PWM输入模式第9讲：定时器应用PWM输入设置要点:IC1和IC2必须设置为一起连接到PWM信号线：IC1和IC2输入端在内部相连，且映射到外部同一个引脚TI1或TI2.IC1和IC2的输入必须是具有相反极性边沿的有效信号。IC1或IC2用作触发输入，从模式控制器设置复位模式PWM输入功能－－能测量外部波形的周期和脉宽通用定时器输出比较模式第9讲：定时器应用输出比较用于控制一个输出波形，或者指示一段给定的的时间已经到时。当捕捉/比较寄存器内的值与计数器相等时：相应的输出引脚可根据设置编程模式进行赋值：置位/复位/翻转/保存不变对中断状态寄存器中标志位置位；如果相应的中断屏蔽位置位，产生中断；如果DMA请求使能置位，产生DMA请求；可编程设置CCRx寄存器，设定为预载或不预载寄存器。通用定时器PWM模式第9讲：定时器应用PWM模式运行产生：定时器2、3和4可以产生4独立的信号频率和占空比可以进行如下设定：一个自动重载寄存器用于设定PWM的周期；每个PWM通道有一个捕捉比较寄存器用于设定占空时间。例如：产生一个40KHz的PWM信号：在定时器2的时钟为72MHz下，占空比为50%:预分频寄存器设置为0(计数器的时钟为TIM1CLK/(0+1))，自动重载寄存器设为1799，CCRx寄存器设为899。两种可设置PWM模式：边沿对齐