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STM32定时器概述

STM32基本定时器

基本定时器的功能

STM32基本定时器的寄存器

STM32通用定时器

STM32定时器HAL库函数

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STM32定时器概述

从本质上讲定时器就是“数字电路”课程中学过的计数器（Counter），它像“闹钟”一样忠实地为处理器完成定时或计数任务，几乎是所有现代微处理器必备的一种片上外设。 定时与计数的应用十分广泛。在实际生产过程中，许多场合都需要定时或者计数操作。例如产生精确的时间，对流水线上的产品进行计数等。因此，定时／计数器在嵌入式微控制器中十分重要。定时和计数可以通过以下方式实现：

1.    软件延时 单片机是在一定时钟下运行的，可以根据代码所需的时钟周期完成延时操作，软件延时会导致CPU利用率低。因此主要用于短时间延时，如高速A/D转换器。 延时的纯软件方式实现起来非常简单，但具有以下缺点： （1）对于不同的微控制器，每条指令的执行时间不同，很难做到精确延时。例如，在上面讲到的LED闪烁应用案例中，如果要使LED点亮和熄灭的时间精确到各为500ms，对应软件实现的循环语句中决定延时时间的变量nCount的具体取值很难由计算准确 得出。 （2）延时过程中CPU始终被占用，CPU利用率不高。 虽然纯软件定时／计数方式有以上缺点，但由于其简单方便、易于实现等优点，在当今的嵌入式应用中，尤其在短延时和不精确延时中，被频繁地使用。例如，高速ADC的转换时间可能只需要几个时钟周期，这种情况下，使用软件延时反而效率更高。

2.    可编程定时／计数器 微控制器中的可编程定时／计数器可以实现定时和计数操作，定时／计数器功能由程序灵活设置，重复利用。设置好后由硬件与CPU并行工作，不占用CPU时间，这样在软件的控制下，可以实现多个精密定时／计数。嵌入式处理器为了适应多种应用，通常集成多个高性能的定时／计数器。 微控制器中的定时器本质上是一个计数器，可以对内部脉冲或外部输入进行计数，不仅具有基本的延时／计数功能，还具有输入捕获、输出比较和PWM波形输出等高级功能。在嵌入式开发中，充分利用定时器的强大功能，可以显著提高外设驱动的编程效率和CPU利用率，增强系统的实时性

STM32内部集成了多个定时/计数器。根据型号不同，STM32 系列芯片最多包含8个定时／计数器。其中，TIM6和TIM7为基本定时器，TIM2～TIM5为通用定时器，TIM1和TIM8为高级控制定时器，功能最强。三种定时器具备的功能如表所示。此外，在STM32中还有两个看门狗定时器和一个系统滴答定时器。

可编程定时/计数器（简称定时器）是当代微控制器标配的片上外设和功能模块。它不仅可以实现延时，而且还完成其他功能： （1）如果时钟源来自内部系统时钟，那么可编程定时／计数器可以实现精确的定时。此时的定时器工作于普通模式、比较输出或PWM输出模式，通常用于延时、输出指定波形、驱动电机等应用中。 （2）如果时钟源来自外部输入信号，那么可编程定时／计数器可以完成对外部信号的计数。此时的定时器工作于输入捕获模式，通常用于测量输入信号的频率和占空比、测量外部事件的发生次数和时间间隔等应用中。

在嵌入式系统应用中，使用定时器可以完成以下功能：

（1）在多任务的分时系统中用作中断实现任务的切换。

（2）周期性执行某个任务，如每隔固定时间完成一次A/D采集。

（3）延时一定时间执行某个任务，如交通灯信号变化。

（4）显示实时时间，如万年历。

（5）产生不同频率的波形，如MP3播放器。

（6）产生不同脉宽的波形，如驱动伺服电机。

（7）测量脉冲的个数，如测量转速。

（8）测量脉冲的宽度，如测量频率。 从图看出，定时器的时钟不是直接来自APB1或APB2，而是来自于输入为APB1或APB2的一个倍频器。

STM32基本定时器

STM32F103 基本定时器TIM6和TIM7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，特别是可以为数模转换器（DAC）提供时钟。实际上，它们在芯片内部在直接连接到DAC并通过触发输出直接驱动DAC，这2个定时器是互相独立的，不共享任何资源。

TIM6和TIM7定时器的主要功能包括： （1）16位自动重装载累加计数器。 （2）16位可编程（可实时修改）预分额器，用于对输入的时钟按系数为1～65536之间的任意数值分频。 （3）触发DAC的同步电路。 （4）在更新事件（计数器溢出）时产生中断／DMA请求。 基本定时器内部结构如图所示。

基本定时器的功能

1. 时基单元 可编程通用定时器的主要部分是一个16位计数器和与其相关的自动装载寄存器。这个计数器可以向上计数、向下计数或者向上向下双向计数。 计数器、自动装载寄存器和预分频器寄存器可以由软件读写，在计数器运行时仍可以读写。时基单元包含：计数器寄存器（TIMx_CNT）、预分频器寄存器（TIMx_PSC）和自动装载寄存器（TIMx_ARR）。 时基单元包含：

（1）计数器寄存器（TIMx_CNT）。

（2）预分频寄存器（TIMx_PSC）。

（3）自动重装载寄存器（TIMx_ARR）。

2. 时钟源 从STM32F103基本定时器内部结构图可以看出，基本定时器TIM6和TIM7只有一个时钟源，即内部时钟CK_INT。 对于STM32F103所有的定时器，内部时钟CK_INT都来自RCC的TIMxCLK，但对于不同的定时器，TIMxCLK的来源不同。基本定时器TIM6和TIM7的TIMxCLK来源于APB1预分频器的输出，系统默认情况下，APB1的时钟频率为72MHz。 3. 预分频器 预分频可以以系数介于1～65536之间的任意数值对计数器时钟分频。它是通过一个16位寄存器（TIMx_PSC）的计数实现分频。因为TIMx_PSC控制寄存器具有缓冲作用，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。

4. 计数模式 STM32F103基本定时器只有向上计数工作模式，其工作过程如图所示，其中↑表示产生溢出事件。

基本定时器工作时，脉冲计数器TIMx_CNT从0累加计数到自动重装载数值（TIMx_ARR寄存器），然后重新从0开始计数并产生一个计数器溢出事件。由此可见，如果使用基本定时器进行延时，延时时间可以由以下公式计算： 延时时间＝（TIMx_ARR＋1） （TIMx_PSC+1）/TIMxCLK 当发生一次更新事件时，所有寄存器会被更新并设置更新标志：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）。以下是一些在TIMx_ARR＝0x36时不同时钟频率下计数器工作的图示例子

STM32基本定时器的寄存器

现将STM32F103基本定时器相关寄存器名称介绍如下，可以用半字（16位）或字（32位）的方式操作这些外设寄存器，由于是采用库函数方式编程，故不作进一步的探讨。

（1）TIM6和TIM7控制寄存器1（TIMx_CR1）。

（2）TIM6和TIM7控制寄存器2（TIMx_CR2）。

（3）TIM6和TIM7 DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER）。

（4）TIM6和TIM7状态寄存器（TIMx_SR）。

（5）TIM6和TIM7事件产生寄存器（TIMx_EGR）。

（6）TIM6和TIM7计数器（TIMx_CNT）．

（7）TIM6和TIM7 预分频器（TIMx_PSC）。

（8）TIM6和TIM7 自动重装载寄存器（TIMx_ARR）

STM32通用定时器

STM32内置4个可同步运行的通用定时器（TIM2、TIM3、TIM4、TIM5），每个定时都有1个16位自动加载的进加／递减计数器、1个16位的预分频器和4个独立的通道，通道都可用于输入捕获、输出比较、PWM和单脉冲模式输出。 每个定时器都有独立的DMA请求机制。通过定时器链接功能与高级控制定时器共同工作，提供同步或事件链接功能。 通用TIMx（TIM2、TIM3、TIM4和TIM5）定时器功能包括：

（1）16位向上、向下、向上／向下自动装载计数器。

（2）16位可编程（可以实时修改）预分频器，计数器时钟频率的分频系数为1～65536之间的任意数值。

（3）4个独立通道： ①输入捕获。 ②输出比较。 ③PWM生成（边缘或中间对齐模式）。 ④单脉冲模式输出。

（4）使用外部信号控制定时器和定时器互连的同步电路。

（5）如下事件发生时产生中断／DMA：

① 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）。 ② 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）。 ③ 输入捕获。 ④ 输出比较。 （6）支持针对定位的增量（正交）编码器和霍尔传感器电路。

（7）触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理。

STM32定时器HAL库函数