31. 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。
31.1. 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 。
31.2. 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 。
31.2.1. 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。
31.2.2. 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)。
31.2.3. 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。
31.2.4. 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。
31.2.5. 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。
31.3. 定时器初始化结构体详解¶
在标准库函数头文件stm32f10x_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。
1 2 3 4 5 6 7 | typedef struct {
uint16_t TIM_Prescaler; // 预分频器
uint16_t TIM_CounterMode; // 计数模式
uint32_t TIM_Period; // 定时器周期
uint16_t TIM_ClockDivision; // 时钟分频
uint8_t TIM_RepetitionCounter; // 重复计算器
} TIM_TimeBaseInitTypeDef;
|
(1) TIM_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) TIM_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) TIM_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) TIM_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) TIM_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。
31.4. 基本定时器定时实验¶
31.4.1. 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。
31.4.2. 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。
31.4.2.1. 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。
31.4.2.2. 软件分析¶
基本定时器宏定义
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | /********************基本定时器TIM参数定义，只限TIM6、7************/
#define BASIC_TIM6 // 如果使用TIM7，注释掉这个宏即可
#ifdef BASIC_TIM6 // 使用基本定时器TIM6
#define BASIC_TIM TIM6
#define BASIC_TIM_APBxClock_FUN RCC_APB1PeriphClockCmd
#define BASIC_TIM_CLK RCC_APB1Periph_TIM6
#define BASIC_TIM_IRQ TIM6_IRQn
#define BASIC_TIM_IRQHandler TIM6_IRQHandler
#else // 使用基本定时器TIM7
#define BASIC_TIM TIM7
#define BASIC_TIM_APBxClock_FUN RCC_APB1PeriphClockCmd
#define BASIC_TIM_CLK RCC_APB1Periph_TIM7
#define BASIC_TIM_IRQ TIM7_IRQn
#define BASIC_TIM_IRQHandler TIM7_IRQHandler
#endif
|
基本定时器有 TIM6 和 TIM7，我们可以有选择的使用，为了提高代码的可移植性，我们把当需要修改定时器时需要修改的代码定义成宏， 默认使用的是定时器 6，如果想修改成定时器 7，只需要把宏 BASIC_TIM6 注释掉即可。
基本定时器配置
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 | void BASIC_TIM_Config(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
// 开启定时器时钟,即内部时钟CK_INT=72M
BASIC_TIM_APBxClock_FUN(BASIC_TIM_CLK, ENABLE);
// 自动重装载寄存器周的值(计数值)
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=1000;
// 累计TIM_Period个频率后产生一个更新或者中断
// 时钟预分频数为71，则驱动计数器的时钟CK_CNT = CK_INT / (71+1)=1M
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= 71;
// 时钟分频因子 ，基本定时器没有，不用管
//TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
// 计数器计数模式，基本定时器只能向上计数，没有计数模式的设置
//TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
// 重复计数器的值，基本定时器没有，不用管
//TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
// 初始化定时器
TIM_TimeBaseInit(BASIC_TIM, &TIM_TimeBaseStructure);
// 清除计数器中断标志位
TIM_ClearFlag(BASIC_TIM, TIM_FLAG_Update);
// 开启计数器中断
TIM_ITConfig(BASIC_TIM,TIM_IT_Update,ENABLE);
// 使能计数器
TIM_Cmd(BASIC_TIM, ENABLE);
// 暂时关闭定时器的时钟，等待使用
BASIC_TIM_APBxClock_FUN(BASIC_TIM_CLK, DISABLE);
}
|
我们把定时器设置自动重装载寄存器 ARR 的值为 1000，设置时钟预分频器为 71， 则驱动计数器的时钟：CK_CNT = CK_INT / (71+1)=1M， 则计数器计数一次的时间等于：1/CK_CNT=1us，当计数器计数到 ARR 的值 1000时， 产生一次中断，则中断一次的时间为：1/CK_CNT*ARR=1ms。
在初始化定时器的时候，我们定义了一个结构体：TIM_TimeBaseInitTypeDef， TIM_TimeBaseInitTypeDef 结构体里面有 5 个成员， TIM6 和 TIM7 的寄存器里面只有TIM_Prescaler 和 TIM_Period，另外三个成员基本定时器是没有的， 所以使用TIM6 和TIM7 的时候只需初始化这两个成员即可， 另外三个成员是通用定时器和高级定时器才有，具体说明如下：
typedef struct {
TIM_Prescaler // 都有
TIM_CounterMode // TIMx,x[6,7]没有，其他都有
TIM_Period // 都有
TIM_ClockDivision // TIMx,x[6,7]没有，其他都有
TIM_RepetitionCounter // TIMx,x[1,8,15,16,17]才有
} TIM_TimeBaseInitTypeDef;
其中 TIM15/16/17 只存在与互联型产品中，在 F1 大/中/小容量型号中没有。
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。
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
int main(void)
{
/* led 端口配置 */
LED_GPIO_Config();
/* 基本定时器 TIMx,x[6,7] 定时配置 */
BASIC_TIM_Config();
/* 配置基本定时器 TIMx,x[6,7]的中断优先级 */
BASIC_TIM_NVIC_Config();
/* 基本定时器 TIMx,x[6,7] 重新开时钟，开始计时 */
BASIC_TIM_APBxClock_FUN(BASIC_TIM_CLK, ENABLE);
while (1) {
if ( time == 1000 ) { /* 1000 * 1 ms = 1s 时间到 */
time = 0;
/* LED1 取反 */
LED1_TOGGLE;
}
}
}
主函数做一些必须的初始化，然后在一个死循环中不断的判断 time 的值，time的值在定时器中断改变， 每加一次表示定时器过了 1ms，当 time 等于 1000 时，1s时间到，LED1翻转一次，并把 time 清 0。
31.4.3. 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。