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以STM32F407为例。

高级定时器

高级定时器比通用定时器增加了可编程死区互补输出、重复计数器、带刹车(断路)功能,这些功能都是针对工业电机控制方面。

功能框图

16位向上、向下、向上/向下自动重装载计数器。

16位可编程预分频器,1~65536。

多达4个独立通道,用于:

        输入捕获

        输出比较

        PWM产生(边沿对齐模式和中心对齐模式)

        单脉冲模式输出

具有可编程死区时间的互补输出。

用外部信号控制定时器的同步电路,并将多个定时器互连在一起。

重复计数器,仅在给定次数的计数器循环后更新定时器寄存器。

中断输入,使定时器的输出信号处于复位状态或已知状态。

中断/DMA生成以下事件:

        更新:计数器溢出/下溢,计数器初始化(由软件或内部/外部触发)

        触发事件(计数器启动、停止、初始化或由内部/外部触发计数)

        输入捕获

        输出比较

        断路输入

支持增量(正交)编码器和霍尔传感器电路的定位目的。

触发输入外部时钟或逐周期电流管理。

时钟源

高级控制定时器可选四种时钟源:

内部时钟源CK_INT

外部时钟模式1:外部输入引脚TIx(x=1/2/3/4)

外部时钟模式2:外部触发输入ETR

内部触发输入ITRx(x=1/2/3/4)

内部时钟源CK_INT

时钟信号来自芯片内部,为主频168M(STM32F407为例)。一般情况下都是使用内部时钟。当从模式控制寄存器TIMx_SMCR:SMS位为000时使用内部时钟。

外部时钟模式1:外部输入引脚TIx(x=1/2/3/4)

时钟信号来自定时器的输入通道TI1/2/3/4,即TIMx_CH1/2/3/4。具体使用哪一路信号,由TIM_CCMRx:CCxS[1:0]配置。CCMR1控制TI1/2,CCMR2控制TI3/4。

如果来自外部时钟信号的频率过高或混杂有高频干扰信号的话,就需要使用滤波器对信号重新采样,来达到降频或者去除高频干扰的目的,具体由TIMx_CCMRx:ICxF[3:0]配置。

边沿检测的信号来自于滤波器的输出,在成为触发信号前需要进行边沿检测,决定是上升沿有效还是下降沿有效,具体由TIMx_CCER:CCxP和CCxNP位配置。

触发源有两个:滤波后的定时器输入1(TI1FP1)、滤波后的定时器输入2(TI1FP2),具体由TIMx_SMCR:TS[2:0]配置。

选定了触发源信号后,需要把信号连接到TRGI引脚,让触发信号成为外部时钟模式1的输入,最终等于CK_PSC,然后驱动计数器CNT计数。具体由TIMx_SMCR:SMS[2:0]配置,000时为外部时钟模式1。

经过上面的5个步骤后,最后只需使能计数器开始计数,外部时钟模式1的配置就算完成了。具体由TIMx_CR1:CEN位配置。

外部时钟模式2:外部触发输入ETR

时钟信号来自定时器的特定输入通道TIMx_ETR,只有一个。

外部触发极性来自ETR引脚输入的信号,可以选择上升沿有效还是下降沿有效,具体由TIMx_SMCR:ETP位配置。

由于ETRP的信号频率不得超过TIMx_CLK的1/4,当触发信号的频率很高时必须使用分频器来降频,具体由TIMx_SMCR:ETPS[1:0]配置。

如果ETRP的信号频率过高或混杂有高频干扰信号的话,就需要使用滤波器对信号重新采样,来达到降频或者去除高频干扰的目的,具体由TIMx_SMCRx:ETF[3:0]配置。fDTS是由内部时钟CK_INT分频得到,具体由TIMx_CR1:CKD[1:0]配置。

经过滤波器滤波的信号连接到ETPF引脚后,触发信号成为外部时钟模式2的输入,最终等于CK_PSC,然后驱动计数器CNT计数。具体由TIMx_SMCR:ECE位配置,1时为外部时钟模式2。

经过上面的5个步骤后,最后只需使能计数器开始计数,外部时钟模式2的配置就算完成了。具体由TIMx_CR1:CEN位配置。

内部触发输入ITRx(x=1/2/3/4)

内部触发输入是使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器。硬件上高级控制定时器和通用定时器在内部连接在一起,可以实现定时器同步和级联。主模式的定时器可以对从模式定时器只需复位、启动、停止或提供时钟。

高级控制定时器和部分通用定时器(TIM2~TIM5)可以设置为主模式或从模式,TIM9和TIM10可以设置为从模式。

如图,主模式定时器TIM1为从模式定时器TIM2提供时钟,即TIM1用作TIM2的预分频器。

控制器

触发控制器用来针对片内外设输出触发信号,比如为其它定时器提供时钟和触发DAC/ADC转换。

编码器接口专门针对编码器计数而设计。

从模式控制器可以控制计数器复位、启动、递增/递减、计数。

时基单元

高级控制定时器时基单元组成:计数器寄存器(CNT,16位有效)、预分频器寄存器(PSC,16位有效)、自动重装载寄存器(ARR,16位有效)、重复计数器寄存器(RCR,8位有效,高级定时器专有)。

PSC预分频器寄存器有一个输入时钟CK_PSC和一个输出时钟CK_CNT。输入时钟CK_PSC就是时钟源的输出,输出时钟CK_CNT用来驱动计数器CNT计数。通过设置预分频器PSC的值可以得到不同的CK_CNT,值为1~65536分频。

三种计数模式:递增、递减、中心对齐。

递增计数模式:计数器从0开始计数,每一CK_CNT脉冲,计数器就加1,直到计数器的值与ARR值相等,然后计数器又从0开始计数并生成计数器上溢事件,如此循环。如果禁用重复计数器,在计数器生成上溢事件就马上生成更新事件(UEV);如果使能重复计数器,每生成一次上溢事件,重复计数器就减1,直到减为0时才会生成更新事件(UEV)。

递减计数模式:计数器从ARR值开始计数,每一CK_CNT脉冲,计数器就减1,直到计数器的值减为0,然后计数器又从ARR值开始计数并生成计数器下溢事件,如此循环。如果禁用重复计数器,在计数器生成下溢事件就马上生成更新事件(UEV);如果使能重复计数器,每生成一次下溢事件,重复计数器就减1,直到减为0时才会生成更新事件(UEV)。

中心对齐模式:计数器从0开始递增,直到计数器的值与(ARR-1)值相等,生成计数器上溢事件。然后计数器又从ARR开始递减,直到计数器的值为1时生成计数器下溢事件。然后重新重0开始,如此循环。每次发送计数器上溢和下溢事件都会生成更新事件。

ARR自动重装载寄存器用来存放与CNT比较值。如果CNT值等于ARR值,就递减重复计数器。可以通过TIMx_CR1:ARPE位控制自动重装载影子寄存器功能,如果ARPE位置1,只有在事件更新时才把TIMx_ARR值赋给影子寄存器。如果ARPE位置0,则修改TIMx_ARR值时马上赋给影子寄存器。

在基本/通用定时器发生上溢/下溢事件时直接就生成更新事件,但对于高级控制定时器在硬件结构上多出了RCR重复计数器寄存器,在定时器发生上溢/下溢事件会递减重复计数器的值,当重复计数器的值为0时才生成更新事件。在发生N+1个上溢/下溢事件时产生更新事件(N为RCR的值)。

输入捕获

输入捕获可以对输入的信号上升沿、下降沿或双边沿进行捕获,常用的有测量输入信号的脉宽和测量PWM输入信号的频率和占空比。

大概原理是当捕获到信号的跳变沿时,把CNT计数器的值锁存到捕获寄存器CCR中,把前后两次捕获到的CCR寄存器中的值相减,就可以算出脉宽和频率。如果捕获的脉宽的时间长度超过捕获定时器的周期,就会发生溢出,需要额外做处理。


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