30. TIM—基本定时器

本章参考资料:《STM32F10X-中文参考手册》 基本定时器章节。学习本章时,配合参考资料一起阅读,效果会更佳,特别是涉及到寄存器说明的部分。

30.1. 定时器分类

STM32F1 系列中,除了互联型的产品,共有 8 个定时器,分为基本定时器,通用定时
器和高级定时器。基本定时器 TIM6 和 TIM7 是一个 16 位的只能向上计数的定时器,只能定时,没有外部 IO。通用定时器 TIM2/3/4/5 是一个 16 位的可以向上/下计数的定时器,可以定时,可以输出比较,可以输入捕捉,每个定时器有四个外部 IO。高级定时器 TIM1/8是一个 16 位的可以向上/下计数的定时器,可以定时,可以输出比较,可以输入捕捉,还可以有三相电机互补输出信号,每个定时器有 8 个外部 IO。更加具体的分类详情见 图30_1
图 30‑1 定时器分类

图 30‑1 定时器分类

30.2. 基本定时器功能框图讲解

基本定时器的核心是时基,不仅基本定时器有,通用定时器和高级定时器也有。学习定时器时,我们先从简单的基本定时器学起,到了后面 的通用和高级定时器的学习中,我们直接跳过时基部分的讲解即可。基本定时器的功能框图见 图30_2

图 30‑2 基本定时器功能框图

图 30‑2 基本定时器功能框图

30.2.1. ①时钟源

定时器时钟 TIMxCLK,即内部时钟 CK_INT,经 APB1 预分频器后分频提供,如果
APB1 预分频系数等于 1,则频率不变,否则频率乘以 2,库函数中 APB1 预分频的系数是2,即 PCLK1=36M,所以定时器时钟 TIMxCLK=36*2=72M。

30.2.2. ②计数器时钟

定时器时钟经过 PSC 预分频器之后,即 CK_CNT,用来驱动计数器计数。PSC 是一个
16 位的预分频器,可以对定时器时钟 TIMxCLK 进行 1~65536 之间的任何一个数进行分频。具体计算方式为:CK_CNT=TIMxCLK/(PSC+1)。

30.2.3. ③计数器

计数器 CNT 是一个 16 位的计数器,只能往上计数,最大计数值为 65535。当计数达
到自动重装载寄存器的时候产生更新事件,并清零从头开始计数。

30.2.4. ④自动重装载寄存器

自动重装载寄存器 ARR 是一个 16 位的寄存器,这里面装着计数器能计数的最大数
值。当计数到这个值的时候,如果使能了中断的话,定时器就产生溢出中断。

30.2.5. 定时时间的计算

定时器的定时时间等于计数器的中断周期乘以中断的次数。计数器在 CK_CNT 的驱动
下,计一个数的时间则是 CK_CLK 的倒数,等于:1/(TIMxCLK/(PSC+1)),产生一次中断的时间则等于:1/(CK_CLK * ARR)。如果在中断服务程序里面设置一个变量 time,用来记录中断的次数,那么就可以计算出我们需要的定时时间等于:1/CK_CLK * (ARR+1)*time。

30.3. 定时器初始化结构体详解

在HAL库函数头文件stm32f1xx_hal_tim.h中对定时器外设建立了四个初始化结构体,基本定时器只用到其中一个即TIM_TimeBaseInitTypeDef,具体的见 代码清单30_1 ,其他三个我们在高级定时器章节讲解。

代码清单 30‑1 定时器基本初始化结构体
 typedef struct {
     uint32_t Prescaler;          // 预分频器
     uint32_t CounterMode;        // 计数模式
     uint32_t Period;             // 定时器周期
     uint32_t ClockDivision;      // 时钟分频
     uint32_t RepetitionCounter;   // 重复计算器
 } TIM_TimeBaseInitTypeDef;
  1. Prescaler:定时器预分频器设置,时钟源经该预分频器才是定时器时钟,它设定 TIMx_PSC寄存器的值。可设置范围为0至65535,实现1至65536分频。

  2. CounterMode:定时器计数方式,可是在为向上计数、向下计数以及三种中心对齐模 式。基本定时器只能是向上计数,即TIMx_CNT只能从0开始递增,并且无需初始化。

  3. Period:定时器周期,实际就是设定自动重载寄存器的值,在事件生成时更新到影子寄存器。可设置范围为0至65535。

  4. ClockDivision:时钟分频,设置定时器时钟CK_INT频率与数字滤波器采样时钟频率分频比,基本定时器没有此功能,不用设置。

  5. RepetitionCounter:重复计数器,属于高级控制寄存器专用寄存器位,利用它可以非常容易控制输出PWM的个数。这里不用设置。

虽然定时器基本初始化结构体有5个成员,但对于基本定时器只需设置其中两个就可以,想想使用基本定时器就是简单。

30.4. 基本定时器定时实验

30.4.1. 硬件设计

本实验利用基本定时器 TIM6/7 定时 1s,1s 时间到 LED 翻转一次。基本定时器是单片机内部的资源,没有外部 IO,不需要接外部电路,现只需要一个 LED 即可。

30.4.2. 软件设计

这里只讲解核心的部分代码,有些变量的设置,头文件的包含等并没有涉及到,完整的代码请参考本章配套的工程。我们编写两个定时器驱动文件,bsp_TiMbase.h 和 bsp_TiMbase.h,用来配置定时器中断优先级和和初始化定时器。

30.4.2.1. 编程要点

  1. 开定时器时钟 TIMx_CLK, x[6,7];

  2. 初始化时基初始化结构体;

  3. 使能 TIMx, x[6,7] update 中断;

  4. 打开定时器;

  5. 编写中断服务程序

通用定时器和高级定时器的定时编程要点跟基本定时器差不多,只是还要再选择下计
数器的计数模式,是向上还是向下。因为基本定时器只能向上计数,且没有配置计数模式
的寄存器,默认是向上。

30.4.2.2. 软件分析

30.4.2.2.1. 基本定时器宏定义
代码清单 30‑2 宏定义
 #define BASIC_TIM TIM6
 #define BASIC_TIM_CLK_ENABLE()    __TIM6_CLK_ENABLE()

 #define BASIC_TIM_IRQn            TIM6_DAC_IRQn
 #define BASIC_TIM_IRQHandler      TIM6_DAC_IRQHandler

使用宏定义非常方便程序升级、移植。

30.4.2.2.2. 基本定时器配置
代码清单 30‑3 基本定时器模式配置
 void BASIC_TIMx_Init(void)
 {
     TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig;

     htimx.Instance = BASIC_TIMx;
     htimx.Init.Prescaler = BASIC_TIMx_PRESCALER;
     htimx.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
     htimx.Init.Period = BASIC_TIMx_PERIOD;
     HAL_TIM_Base_Init(&htimx);

     sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
     sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
     HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htimx, &sMasterConfig);
 }
30.4.2.2.3. 定时器中断优先级配置
// 中断优先级配置
void BASIC_TIM_NVIC_Config(void)
{
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    // 设置中断组为0
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);
    // 设置中断来源
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = BASIC_TIM_IRQ ;
    // 设置主优先级为 0
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    // 设置抢占优先级为3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

我们设置中断分组为 0,主优先级为 0,抢占优先级为 3。

30.4.2.2.4. 定时器中断服务程序
void  BASIC_TIM_IRQHandler (void)
{
    if ( TIM_GetITStatus( BASIC_TIM, TIM_IT_Update) != RESET ) {
        time++;
        TIM_ClearITPendingBit(BASIC_TIM , TIM_FLAG_Update);
    }
}

定时器中断一次的时间是 1ms,我们定义一个全局变量 time,每当进一次中断的时候,让time 来记录进入中断的次数。如果我们想实现一个 1s 的定时,我们只需要判断 time 是否等于 1000 即可,1000 个 1ms 就是 1s。然后把 time 清 0,重新计数,以此循环往复。在中断服务程序的最后,要把相应的中断标志位清除掉,切记。

30.4.2.2.5. 主函数
void  BASIC_TIM_IRQHandler (void)
{
    HAL_TIM_IRQHandler(&TIM_TimeBaseStructure);
}
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim==(&TIM_TimeBaseStructure)) {
        LED1_TOGGLE;  //红灯周期闪烁
    }
}

我们在TIM_Mode_Config函数启动了定时器更新中断,在发生中断时,中断服务函数就得到运行。在服务函数内直接调用库函数HAL_TIM_IRQHandler函数,它会产生一个中断回调函数HAL_TIM_PeriodElapsedCallback,用来添加用户代码,确定是TIM6产生中断后才运行RGB彩灯翻转动作。

30.4.3. 下载验证

把编写好的程序下载到开发板,可以看到 LED1 以 1s 的频率闪烁一次。