定时器设计.docx
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定时器设计
定时器（时基和PWM输出）
#.1定时器功能简介
Stm32一共有8个16位的定时器。
其中Tim6、Tim7是基本定时器；Tim2-Tim5是通用定时器；Tim1和Tim8是高级定时器。
这些定时器使stm32具有定时、信号的频率测量、信号的PWM测量、PWM输出、三相6步电子控制及编码器接口等功能，都是专业为工控领域量身定做的。
#.2定时器工作分析
#.2.1基本定时器
基本定时器TIM6和TIM7只具备最基本的定时功能，就是累加的时钟脉冲数超过（达到）预定值时，能触发中断或触发DMA请求。
由于在芯片内部与DAC外设相连，可通过触发输出驱动DAC，也可以作为其它通用定时器的时钟基准。
这2个定时器是互相独立的，不共享任何资源。
这两个基本定时器使用的时钟源都是TIMxCLK（内部时钟源），时钟源经过PSC预分频器后输入至脉冲计数器TIMx_CNT，基本定时器只能工作在向上计数模式，在重载寄存器TIMx_ARR中保存的是定时器的溢出值。
工作时，脉冲计数器TIMx_CNT由时钟触发进行计数，当TIMx_CNT的计数值X等于重载寄存器中保存的数值N时，产生溢出事件，（实际情况是TIMx_CNT要完成0-N的全部计数，也就是说N这个数是要计完之后再触发响应中断或者DMA，这样TIMx_CNT实际完成了N+1次计数，所以在以后编程时，如果我们需要计1000次，参数应该配置成N=999，其它情况以此类推。
相关内容可参考该定时器的计数模式）可触发中断或DMA请求。
然后TIMx_CNT的值重新被置为0，重新向上计数。
TIM6和TIM7定时器的主要功能包括：
●16位自动重装载累加计数器；
●16位可编程（可实时修改）预分频器，用于对输入的时钟按系数为1～65536之间的任意数值分频
●触发DAC的同步电路
●在更新事件（计数器溢出）时产生中断/DMA请求
#.2.2TIM6和TIM7的功能
时基单元
这个可编程定时器的主要部分是一个带有自动重装载的16位累加计数器，计数器的时钟通过一个预分频器得到。
软件可以读写计数器、自动重装载寄存器和预分频寄存器，即使计数器运行时也可以操作。
时基单元包含：
计数器寄存器（TIMx_CNT）、预分频寄存器（TIMx_PSC）、自动重装载寄存器（TIMx_ARR）
自动重装载寄存器是预加载的，每次读写自动重装载寄存器时，实际上是通过读写预加载寄存器实现。
根据TIMx_CR1寄存器中的自动重装载预加载使能位（ARPE），写入预加载寄存器的内容能够立即或在每次更新事件时，传送到它的影子寄存器。
当TIMx_CR1寄存器的UDIS位为“0”（UEV使能），则每当计数器达到溢出值时，硬件发出更新事件；软件也可以产生更新事件；关于更新事件的产生，随后会有详细的介绍。
计数器由预分频输出CK_CNT驱动，设置TIMx_CR1寄存器中的计数器使能位（CEN）使能计数器计数。
注意：
实际的设置计数器使能信号CNT_EN相对于CEN滞后一个时钟周期。
预分频器
预分频器可以以系数介于1至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，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。
以下两图是在运行过程中改变预分频系数的例子。
计数模式
计数器从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。
每次计数器溢出时可以产生更新事件；（通过软件或使用从模式控制器）设置TIMx_EGR寄存器的UG位也可以产生更新事件。
设置TIMx_CR1中的UDIS位（为1）可以禁止产生UEV事件，这可以避免在写入预加载寄存器时更改影子寄存器。
在清除UDIS位为“0”之前，将不再产生更新事件，但计数器和预分频器依然会在应产生更新事件时重新从0开始计数（但预分频系数不变）。
另外，如果设置了TIMx_CR1寄存器中的URS（选择更新请求），设置UG位可以产生一次更新事件UEV，但不设置UIF标志（即没有中断或DMA请求）。
当发生一次更新事件时，所有寄存器会被更新并（根据URS位）设置更新标志（TIMx_SR寄存器的UIF位）：
●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。
和基本定时器相关的寄存器（共8个）
●TIM6和TIM7控制寄存器1（TIMx_CR1）
●TIM6和TIM7控制寄存器2（TIMx_CR2）
●TIM6和TIM7DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER）
●TIM6和TIM7状态寄存器（TIMx_SR）
●TIM6和TIM7事件产生寄存器（TIMx_EGR）
●TIM6和TIM7计数器（TIMx_CNT）
●TIM6和TIM7预分频器（TIMx_PSC）
●TIM6和TIM7自动重装载寄存器（TIMx_ARR）
其相关说明见《stm32参考手册》
定时器的时钟源
从时钟源方面来说，通用定时器比基本定时器多了一个选择，它可以用外部脉冲作为定时器的时钟源。
使用外部时钟源时，要使用寄存器进行触发边沿、滤波器带宽的配置。
如果选择内部时钟源的话则与基本定时器一样，也为TIMxCLK。
但要注意的是，所有定时器（包括基本、通用和高级）使用内部时钟源时，定时器的时钟源都被称为TIMxCLK，但TIMxCLK的时钟来源并不是完全一样的，见图（时钟树）。
Tim2-Tim7也就是基本定时器和通用定时器，TIMxCLK的时钟来源是APB1预分频的输出。
当APB1的分频系数为1时，则Tim2-Tim7的TIMxCLK直接等于该APB1预分频器的输出，而APB1的分频系数不为1时，Tim2-Tim7的TIMxCLK则为APB1预分频器输出的2倍。
如在常见的配置中，AHB=72MHZ，而APB1的预分频系数被配置为2，则PCLK1刚好达到最大值36MHZ，则Tim2-Tim7的时钟TIMxCLK=（AHB/2）*2=72MHZ。
而对于Tim1和Tim8这两个高级定时器，TIMxCLK的时钟来源则是APB2预分频器的输出，同样它也根据分频系数分为两种情况。
常见的配置中，AHB=72MHZ，APB2预分频器的分频系数被设置为1，此时PCLK2刚好达到最大值72MHZ，而TIMxCLK则直接等于APB2分频器的输出，即Tim1和Tim8的时钟TIMXCLK=AHB=72MHZ。
虽然这种配置下最终TIMxCLK的时钟频率相等，但必须清楚实质上它们的时钟来源是有区别的。
还要强调的是：
TIMxCLK是定时器内部的时钟源，但在时钟输出到脉冲计数器TIMx_CNT前，还经过一个预分频器PSC，最终用于驱动脉冲计数器TIMx_CNT的时钟频率根据预分频器PSC的配置而定。
时基初始化
首先是时基初始化，使用了一个TIM_TimeBaseInitTypeDef类型的结构体。
时基初始化，即配置基本定时器只具有的那部分功能，下面分析初始化结构体的成员：
（1）.TIM_Period
定时周期，实质是存储到重载寄存器TIMx_ARR的数值，脉冲计数器从0累加到这个值上溢或从这个值自减至0下溢。
这个数值加1然后乘以时钟源周期就是实际定时周期。
本实验中向该成员赋值为999，即定时周期为（999+1）*T，T为时钟源周期。
注：
999和1000的区别一定要弄清楚。
（2）.TIM_Prescaler
对定时器时钟TIMxCLK的预分频值，分频后作为脉冲计数器TIMx_CNT的驱动时钟，得到脉冲计数器的时钟频率为：
fCK_CNT=fTIMx_CLK/（N+1），其中N为即为赋给本成员的时钟分频值。
本实验给TIM_Prescaler成员赋值为71，即对TIMxCLK进行（71+1=72）分频，已知AHB时钟频率为72MHz、TIMxCLK为72MHz，所以输出到脉冲计数器TIMx_CNT的时钟频率为fCK_CNT=72MHz/（71+1）=1MHz。
（3）.TIM_ClockDivision：
时钟分频因子。
怎么又出现一个配置时钟分频的呢？
要注意这个TIM_ClockDivision和上面的TIM_Prescaler是不一样的。
TIM_Prescaler预分频配置是对TIMxCLK进行分频，分频后的时钟被输出到脉冲计数器TIMx_CNT，而TIM_ClockDivision虽然也是对TIMxCLK进行分频，但它分频后的时钟频率为fDTS，是被输出到定时器的ETRP数字滤波器部分，会影响滤波器的采样频率。
TIM_ClockDivision可以被配置为1分频（fDTS=fTIMxCLK）、2分频及4分频。
ETRP数字滤波器的作用是对外部时钟TIMxETR进行滤波。
本实验中是使用内部时钟TIMxCLK作为定时器时钟源的，所以配置TIM_ClockDivision为任何数值都没有影响。
（4）.TIM_CounterMode
本成员配置的为脉冲计数器TIMx_CNT的计数模式，分别为向上计数，向下计数，及中央对齐模式。
向上计数即TIMxCNT从0向上累加到TIM_Period中的值，（重载寄存器TIMx_ARR的值），产生上溢事件；向下计数则TIMxCNT从TIM_Period的值累减至0，产生下溢事件。
而中央对齐模式则为向上、向下计数的合体，TIMxCNT从0累加到TIM_Period的值减1时，产生一个上溢事件，然后向下计数到1时，产生一个计数器下溢事件，再从0开始重新计数。
本实验中.TIM_CounterMode成员被赋值为TIM_CounterMode_Up（向上计数模式）。
填充完配置参数后，调用库函数TIM_TimeBaseInit（）把这些控制参数写到寄存器中，定时器的时基配置就完成了。
#.3Stm32通用定时器3精确延时代码分析
#.3.1实验描述及工程文件清单
实验描述
使用通用定时器TIM3进行精确定时，结果为经过一定定时时间，开发板上的ledx亮（灭）
硬件连接
Led0-pb6,led1-pb7,led2-pb8,led3-pb9
用到的库文件
startup/start_stm32f10x_hd.c
CMSIS/core_cm3.c
CMSIS/system_stm32f10x.c
FWlib/stm32f10x_gpio.c
FWlib/stm32f10x_rcc.c
FWlib/stm32f10x_tim.c
FWlib/misc.c
用户编写的文件
USER/main.c
USER/stm32f10x_it.c
USER/led.c
USER/bsp_TimeBase.c
#.3.2.配置工程环境
本按键实验中用到了GPIO、RCC、TIM片上外设，并且使用了中断，所以要把外设函数库文件FWlib/stm32f10x_gpio.c、FWlib/stm32f10x_rcc.c、FWlib/stm32f10x_tim.c和中断函数库文件FWlib/misc.c文件添加到工程模板之中。
实验中还使用了LED灯，为了重用代码，我们把在前面写好的led.c和led.h用户文件复制到USER目录下，并添加到工程之中。
配置工程环境最重要的一步就是别忘记在stm32f10x_conf.h文件中把使用到的外设头文件包含进来。
#.3.3main文件
顺着代码的执行流程，从main函数开始分析。
***********************************
#include"stm32f10x.h"
#include"led.h"
#include"TiMbase.h"
volatileu32time=0;//ms计时变量
intmain（void）
{
/*led端口配置*/
LED_GPIO_Config（）;
/*TIM3定时配置*/
TIM3_Configuration（）;
/*定时器的中断优先级配置*/
TIM3_NVIC_Configuration（）;
/*TIM3重新开启时钟，开始定时，其实这条语句只要符合规则，怎么写都可以！
*/
RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM3，ENABLE）;
while
（1）
{
if（time==1000）/*1000*1ms=1s时间到*/
{
time=0;
/*LED1取反*/
LED1_TOGGLE;
}
}
}
***********************************
#.3.4.TIM3初始化配置
现在我们分析一下紧接下来调用到的TIM3_Configuration（）函数。
***************************************
VoidTIM3_Configuration（void）
{
TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;
/*配置Tim3的时钟Tim3clk为72MHZ*/
RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM3，ENABLE）;
//TIM_DeInit（TIM2）;/*使用这个函数配置成默认值也是可以的*/
/*自动重装载寄存器TIM3_ARR的值为（N-1）=1000-1=999*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=999;
/*累计TIM_Period个周期后产生一次更新或者中断*/
/*设置时钟预分频系数为72-1=71*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=71;
/*设置的是tim->cr1的8、9位，具体什么含义目前还不清楚，反正在这里是没有使用该参数*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
/*设置定时器的计数模式为向上计数模式*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit（TIM3,&TIM_TimeBaseStructure）;
/*为了防止定时器一开始没有计数就产生中断，所以先清楚该中断标志位*/
TIM_ClearFlag（TIM3,TIM_FLAG_Update）;
/*使能中断*/
TIM_ITConfig（TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE）;
TIM_Cmd（TIM3,ENABLE）;
RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM3，DISABLE）;/*为了防止出现的错误，先关闭这个时钟*/
}
***************************************
#.3.5中断优先级的配置
Tim3中断优先级的配置函数为TIM3_NVIC_Configuration（），具体代码如下
***************************************
VoidTIM3_NVIC_Configuration（void）
{
NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;
/*中断优先级被配置成第0组*/
NVIC_PriorityGroupConfig（NVIC_PriorityGroup_0）;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM3_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=3;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_Init（&NVIC_InitStructure）;
}
**************************************
由于这是个独立的程序，没有和其它的中断产生冲突，所以，这个中断优先级可随意设置。
#.3.6中断服务函数
在这个工程中，使用了Tim3的溢出中断，具体函数为
***********************************************
VoidTIM3_IRQHandler（void）
{
if（TIM_GetITStatus（TIM3,TIM_IT_Update）!
=RESET）
{
time++;
TIM_ClearITPendingBit（TIM3,TIM_FLAG_Update）;
}
}
***********************************************
经过前面的设置，通用定时器Tim3每经过1ms触发一次中断，也就是在中断服务函数中每经过1ms，变量time加1，这样在main函数中的条件判断语句（time==1000）成立的条件恰好为1000*0.001=1s，也就是每经过1秒，led1状态变化一次。
#.3.7实验现象
使用通用定时器Tim3进行精确定时，每经过1秒，LEDx状态变化一次。
#.4通用定时器
#.4.1通用定时器简介
通用定时器是一个通过可编程预分频器驱动的16位自动装载计数器构成。
它适用于多种场合，包括测量输入信号的脉冲长度（输入捕获）或者产生输出波形（输出比较和PWM）。
使用定时器预分频器和RCC时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。
每个定时器都是完全独立的，没有互相共享任何资源。
它们可以一起同步操作。
相比之下，通用定时器Tim2-Tim5就比基本定时器复杂得多了。
见下图
通用定时器主要特性
通用TIMx（TIM2、TIM3、TIM4和TIM5）定时器功能包括：
16位向上、向下、向上/向下自动装载计数器
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
4个独立通道：
─输入捕获
─输出比较
─PWM生成（边缘或中间对齐模式）
─单脉冲模式输出
使用外部信号控制定时器和定时器互连的同步电路
如下事件发生时产生中断或DMA请求
─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）
─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）
─输入捕获
─输出比较
支持针对定位的增量（正交）编码器和霍尔传感器电路；触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理。
#.4.2Tim2-Tim5的主要功能
时基单元：
和基本定时器是一样的，只是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。
预分频器
和基本定时器类似。
计数器模式
分为向上、向下和中央对齐三种模式，其中向上和向下的计数模式和基本定时器差不多。
时钟选择
通用定时/计数器时钟可由下列时钟源提供：
●内部时钟（CK_INT）
●外部时钟模式1：
外部输入脚（TIx）
●外部时钟模式2：
外部触发输入（ETR）
●内部触发输入（ITRx）：
使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器，如可以配置一个定时器Timer1而作为另一个定时器Timer2的预分频器。
内部时钟源（CK_INT）
如果禁止了从模式控制器（TIMx_SMCR寄存器的SMS=000），则CEN、DIR（TIMx_CR1寄存器）和UG位（TIMx_EGR寄存器）是事实上的控制位，并且只能被软件修改（UG位仍被自动清除）。
只要CEN位被写成“1”，预分频器的时钟就由内部时钟CK_INT提供。
外部时钟源模式1
当TIMx_SMCR寄存器的SMS=111时，此模式被选中。
计数器可以在选定输入端的每个上升沿或下降沿计数。
外部时钟源模式2
选定此模式的方法为：
令TIMx_SMCR寄存器中的ECE=1计数器能够在外部触发ETR的每一个上升沿或下降沿计数。
捕获/比较寄存器
通用定时器的基本计时功能与基本定时器的工作方式是一样的，同样把时钟源经过预分频器输出到脉冲计数器TIMx_CNT累加，溢出时就产生中断或DMA请求。
而通用定时器比基本定时器多出的强大功能，就是因为通用定时器多出了一种寄存器捕获/比较寄存器TIMx_CCR（Capture/CompareRegister），它在输入时被用于捕获（存储）输入脉冲在电平发生翻转时，脉冲计数器TIMx_CNT的当前计数值，从而实现脉冲的频率测量；在输出时被用来存储一个脉冲数值，把这个数值用于与脉冲计数器TIMx_CNT的当前计数值进行比较，根据比较结果进行不同的电平输出。
PWM输出过程分析
通用定时器可以利用GPIOx引脚进行脉冲输出，在配置为比较输出、PWM输出功能时，捕获/比较寄存器TIMx_CCRx被用作比较功能，下面把它简称为比较寄存器。
这里直接举例说明定时器的PWM输出工作过程：
若配置脉冲计数器TIMx_CNT为向上计数，而重载寄存器TIMx_ARR被配置为N，即TIMx_CNT的当前计数值数值X在TIMxCLK时钟源的驱动下不断累加，当TIMx_CNT的数值X大于N时，会重置TIMx_CNT数值为0重新计数。
而在TIMxCNT计数的同时，TIMxCNT的计数值X会与比较寄存器TIMx_CCR预先存储了的数值A进行比较，当脉冲计数器TIMx_CNT的数值X小于比较寄存器TIMx_CCR的值A时，输出高电平（或低电平，这是可以自定义的）；相反地，当脉冲计数器的数值X大于或等于比较寄存器的值A时，输出低电平（或高电平）。
如此循环，得到的输出脉冲周期就为重载寄存器TIMx_ARR存储的数值（N+1）乘以触发脉冲的时钟周期，其脉冲宽度则为比较寄存器TIMx_CCR的值A乘以触发脉冲的时钟周期，即输出PWM的占空比为A/（N+1）。
PWM边沿对齐模式向上计数配置
当TIMx_CR1寄存器中的DIR位为低的时候执行向上计数。
下面是一个PWM模式1的例子。
当TIMx_CNT如果TIMx_CCRx中的比较值大于自动重装载值（TIMx_ARR），则OCxREF保持为’1’。
如果比较值为0，则OCxREF保持为“0”。
下图为TIMx_ARR=8时边沿对齐的PWM波形实例。
边沿对齐的PWM波形（ARR=8）。
图中OCxREF即为GPIO引脚的输出时序、CCxIF为触发中断的时序。
向下计数的配置
当TIMx_CR1寄存器的DIR位为高时执行向下计数。
在PWM模式1，当TIMx_CNT>TIMx_CCRx时参考信号OCxREF为低，否则为高。
如果TIMx_CCRx中的比较值大于TIMx_ARR中的自动重装载值，则OCxREF保持为“1”。
该模式下不能产生0％的PWM波形。
测量PWM输入过程分析
而当定时器被配置为输入功能时，可以用于检测输入
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