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 定时器分类。

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 基本定时器功能框图。

基本定时器功能框图

30.2.1. 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. 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. 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. 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:基本定时器-1 ，其他三个我们在高级定时器章节讲解。

代码清单:基本定时器-1 定时器基本初始化结构体
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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

基本定时器宏定义

代码清单:基本定时器-2 宏定义
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#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。

基本定时器配置

代码清单:基本定时器-3 基本定时器模式配置
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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);
}

定时器中断优先级配置

void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* htim_base)
{
    /* 基本定时器外设时钟使能 */
    BASIC_TIM_RCC_CLK_ENABLE();

    /* 外设中断配置 */
    HAL_NVIC_SetPriority(BASIC_TIM_IRQ, 1, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(BASIC_TIM_IRQ);

}

我们设置中断分组为 0，主优先级为 0，抢占优先级为 3。

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。

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LED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。