第17章定时器中断实验

一、定时器介绍

STM32总共有8个定时器
- 2个高级定时器（TIM1、TIM8）：输出比较，输入捕获，可编程死区互补输出等，是通用定时器的扩展
- 4个通用定时器（TIM2-TIM5）：输出比较，输入捕获等，是基本定时器的扩展
- 2个基本定时器（TIM6、TIM7）：定时、计数

二、通用定时器简介

STM32F1的通用定时器TIMx (TIM2-TIM5)具有如下功能：

16 位向上、向下、向上/向下自动装载计数器（TIMx_CNT）。
16 位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx_PSC)，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（TIMx_CH1-4），这些通道可以用来作为：
- 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
可使用外部信号（TIMx_ETR）控制定时器，且可实现多个定时器互连（可以用1个定时器控制另外一个定时器）的同步电路。
发生如下事件时产生中断/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

三、通用定时器结构框图

向上箭头： 可以产生中断，DMA输出
向下箭头： 产生事件

部分1：时钟源选择

时钟来源：
- 内部时钟（CK_INT）
- 外部输入引脚（外部时钟模式1）：TI1、TI2、TI3
- 外部触发输入引脚（外部时钟模式2）：TIMx_ETR
- 内部触发输入：ITR0、ITR1、ITR2、ITR3
时钟来源最终都是流向预分频器的前端，前端经过预分频器分频之后，得到了CK_CNT(定时器计数时钟)，由CNT进行计数。
使用的较多的是CK_INT（内部时钟）作为时钟源，它是由APB1时钟倍频得到，时钟为72MHz，再经过PSC分频得到时钟
通用定时器和基本定时器的时钟都来自于APB1，高级定时器的时钟来自与APB2

部分2：控制器部分

控制器部分包括： 触发控制器、从模式控制器、编码器接口
触发控制器： 用来针对片内外设输出触发信号的
从模式控制器： 复位、使能、向上/向下、计数
编码器接口： 针对于编码器计数，通用定时器支持正交编码器和霍尔传感器电路，通过编码器接口实现计数

部分3：时基单元

时基单元： 自动重装在寄存器，PSC预分频器，计数器CNT，都是16位的。
PSC分频系数： 1~65536
从模式控制寄存器具有缓冲功能，预分频器可实现实时更改，新的预分频器的值会等到下一次更新事件发生时被采用。
- 例：当前预分频器的值是2，修改为3，3存储在缓存器当中，要更新到预分频器中要等到计数器计数溢出。
CNT计数方式： 向上计数，向下计数，向上/向下计数（中心对齐计数）。
向上计数模式： 计数器从0计数到自动加载值，然后从0重新开始计数并产生一个计数器溢出事件；每来一个CK_CNT脉冲，比如来一个上升沿就加1。例如：重装载值是100，CNT计数到100，产生向上溢出。然后自动从0开始进行计数。
向下计数模式： 计数器从自动装入值开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始并产生一个计数器向下溢出事件；
向上/向下计数（中心对齐计数）： 计数器从0开始计数到自动装入的值-1，产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到1并且产生一个计数器溢出事件；然后再从0开始重新计数。
- 例如：自动重载值是100，它将从0计数到99，产生一个上溢事件，然后从100开始向下计数，减到1时，然后产生一个下溢事件，然后再从0开始向上计数……
  影子寄存器

影子寄存器在图中没有看到，其实它在自动重装载寄存器和CNT计数器之间的位置，通过某个寄存器相应的位设置是否使用寄存器，当使用影子寄存器后，自动重装载寄存器的值首先会更新到影子寄存器当中，然后由影子寄存器再传递给CNT计数器。如果不使用影子寄存器，那么自动重装载寄存器的值会直接传递给CNT计数器。

部分4：输入捕获

输入捕获可以对输入信号的上升沿、下降沿、双边沿（上升下降沿）进行捕获。可用来测量信号的脉宽，或测量PWM的频率、占空比
在输入捕获模式下，当我们相应的捕获通道（IC1，IC2，IC3，IC4）检测到跳变沿（设置的边沿信号，如上升沿检测）之后，就会将CNT计数器的值锁定到捕获/比较寄存器当中，发生捕获事件后，如果你配置了中断也会相应的产生一些中断。
输入捕获由5部分构成

通用定时器的输入通道有4个，每一个通道都对应一个引脚。将4个通道称为TI1，TI2，TI3，TI4
如果输入的信号有高频干扰，那么就需要用输入滤波器的功能。
边缘检测器是用来设置信号在捕获的时候选择哪种边沿有效。
4个捕获通道一一对应4个捕获比较寄存器，捕获比较寄存器的值是由CNT传递。
当发生捕获的时候，CNT的值马上就会锁定到捕获比较寄存器当中，记录起始值，然后读取这个值，等到下一次捕获的时候再锁定一个值，两个值一比较，就可以计算出中间有多少个时钟脉冲，从而得到时间。
输入通道是用来输入信号的，外部信号可通过输入通道传递进来。捕获通道，用来捕获输入信号的通道。一个输入通道可以同时输入给两个捕获通道。TI1，TI2只能到IC1和IC2。TI3，TI4只能到IC3和IC4。
预分频器用来决定产生多少个事件的时候进行一次捕获，例如将预分频器设置为2，那么产生两个上升沿信号才进行一次捕获。
当发生第一次捕获的时候，计数器的值就会锁定到捕获比较寄存器当中，此时还会产生一个中断，当我们用软件去读取输入比较寄存器的值的时候，它就会自动清0，然后下一次捕获的值又会存入寄存器当中。

部分5：输出比较

通用定时器的外部引脚对外输出的控制信号，有4个输出引脚，和输入引脚是一样的，都是同一个引脚，输出的时候用的是比较寄存器。
输出寄存器的值和比较寄存器的值相等的时候，输出信号

四、通用定时器配置步骤

定时器相关库函数在 stm32f10x_tim.c 和 stm32f10x_tim.h 文件中。

使能定时器时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);

初始化定时器参数,包含自动重装值，分频系数，计数方式等

void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx,TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);
typedef struct
{
  uint16_t TIM_Prescaler;            // 定时器预分频器         
  uint16_t TIM_CounterMode;          // 计数器模式  
  uint32_t TIM_Period;               // 自动重装值
  uint16_t TIM_ClockDivision;        // 时钟分频因子，是否将时钟分频，例如将APB1分频，一般选择不分频，分片一般使用PSC
  uint8_t TIM_RepetitionCounter;     // 重复计数器，高级定时器使用
} TIM_TimeBaseInitTypeDef;

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
// 自动重装载值设为1000
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=1000;        
// 预分频器：35999，即36000-1，其实是分频36000
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=35999; 
// 时钟分频因子设置为1，即不分频
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
// 计数方式：向上计数
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseInitStructure);

预分频器-1： 预分频器相当于除数，除数不能为0，在芯片结构设计中会自动+1，所以预分频器为35999，即36000-1。
定时时间计算： Tout= ((per)*(psc+1))/Tclk；
- 时钟是72M，72000KHz，分频数：36000，72000/36000=2K=0.5ms，即计数一次是0.5ms，设置的重装载值是1000，即500ms，如果配置中断，即500ms产生一个中断。

根据定时器时钟的频率，比如时钟的频率是72MHZ，可以理解为一秒钟STM32会自己数72M次，预分频系数就是将频率分割，比如分频系数是72，则该时钟的频率会变成72MHZ/72=1MHZ，但是在设置的时候要注意，数值应该是72-1。假定分频系数是72-1，那么频率变成1MHZ，也就意味着STM32在一秒钟会数1M次，即1us数一次。

设置定时器中断类型，并使能 // 参数1：选择哪一个定时器；参数2：选择定时器中断类型（更新中断，触发中断，输入捕获中断）；参数3：使能/失能定时器中断 void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT,FunctionalState NewState)
设置定时器中断优先级（NVIC），使能定时器中断通道
开启定时器 // 参数1：选择哪一个定时器；参数2：使能/失能定时器 void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState)

编写定时器中断服务函数（名称是固定的，在启动文件中去找）

TIM4_IRQHandler
// 判断中断类型
ITStatus TIM_GetITStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);
// 得到中断状态标志，判断标志是否置1。参数1:TIMx；参数2：中断类型
if(TIM_GetITStatus(TIM4,TIM_IT_Update))
{
 ...//执行TIM4更新中断内控制
}
// 清除状态标志
void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT);

五、硬件设计

两个指示灯DS0和DS1，分别接在PB5和PE5
发光二极管的阳极连接一个限流电阻，连接到3.3V，阴极连接到一个GPIO，输出低电平，这个时候发光二极管导通发光，要让他熄灭，就给它一个高电平，阴极和阳极的电平一样，所以它会熄灭

六、软件设计

本实验所要实现的功能是：通过 TIM4 的更新中断控制 DS1 指示灯间隔 500ms 秒状态取反，主函数控制 DS0 指示灯不断闪烁。程序框架下：

初始化TIM4，并使能更新中断等
编写TIM4中断函数
编写主函数
time.h 是C标准库的一部分，定义了与时间相关的函数和数据结构，如 time()、localtime()、struct tm 等。如果自定义 time.h，可能会与标准库中的同名头文件冲突，导致编译错误或运行时错误。

TIMER.c

#include "TIMER.h"
#include "LED.h"

void TIM4_Init(u16 per, u16 psc)
{
	// 定义结构体
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	// 开启定时器4的时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);
	
	// 设置重装载值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = per;
	// 设置预分频器
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;
	// 设置时钟分频因子，没有对它进行分频，所以是1，有1，2，4分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	// 设置计数模式
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	
	TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	// 定时器中断配置，参数2：更新中断
	TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE);
	
	// 清除中断标志,参数1：定时器选择，参数2：中断类型
	TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update);
	// 配置中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	// 开启定时器
	TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
}

void TIM4_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM·4, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		LED2 = !LED2;
	}
	// 清除状态标志
	TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update);
}

TIMER.h

#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H

#include "system.h"

void TIM4_Init(u16 per, u16 psc);
void TIM4_IRQnHandler(void);

#endif

main.c

#include "LED.h"       // 包含 LED 模块的头文件
#include "system.h"
#include "SysTick.h"
#include "TIMER.h"

// 主函数
int main()
{
	u8 i = 0;	//让LED1指示灯闪烁，确保程序在执行
	
	SysTick_Init(72);
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    LED_Init(); // 初始化 LED1 和 LED2
	TIM4_Init(1000, 36000 - 1);

    // 主循环
    while(1)
    {
		i ++;
		if(i % 20 == 0)	// 每经过200ms，让LED1翻转一次
			LED1 = !LED1;
		delay_ms(10);
    }
	
}

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第17章定时器中断实验

一、定时器介绍

二、通用定时器简介

三、通用定时器结构框图

部分1：时钟源选择

部分2：控制器部分

部分3：时基单元

影子寄存器

部分4：输入捕获

部分5：输出比较

四、通用定时器配置步骤

五、硬件设计

六、软件设计

TIMER.c

TIMER.h

main.c

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第17章 定时器中断实验

一、定时器介绍

二、通用定时器简介

三、通用定时器结构框图

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部分3：时基单元

影子寄存器

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