TIM定时器定时中断

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1.TIM简介

  • 为什么在72MHz计数时钟下可以实现最大59.65s的定时? 72M/65536/65536，得到的是中断频率，然后取倒数，就是59.65秒多 如果嫌定时时间不够长，stm32还支持级联（一个定时器的输出当作另一个定时器的输入）

  • 核心部分：计数器，预分频器，自动重装寄存器，构成了最基本时基单元

    • 16位计数器：执行计数定时的寄存器，每来一个时钟，计时器+1；
    • 预分频器： 可以让计数更加灵活，对计数器的时钟进行分频
    • 自动重装寄存器 ：计数的目标值，计时想要计多少个时钟申请中断

2.类型

只需要知道TIM1~TIM8即可

  • 高级计数器相比于通用定时器，多出来的功能都是为了驱动三项无刷电机
  • 每一个定时器都是向下兼容的

3.基本定时器结构

  • CK_PSC ：基准计数时钟输入

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  • 由于基本寄存器只能选择内部时钟，所以可以直接认为中间连接的线直接接到了内部时钟 。内部时钟来自于RCC的TIM X CLK，频率值一般为系统主频72MHz。 （RCC是Reset and Clock Control (复位和时钟控制)的缩写，它是STM32内部的一个重要外设，负责管理各种时钟源和时钟分频，以及为各个外设提供时钟使能。RCC模块可以通过寄存器操作或者库函数来配置。）

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  • 注：图上向上的折线箭头叫做更新中断（当计数值等于自动重装值时触发）。这个更新中断之后会通往NVIC,在配置好NVIC通道，那定时器的中断就会的到CPU的响应

  • 向下的箭头表示是更新事件，更新事件不会触发中断，但是可以触发其他内部电路的工作。

  • 计数器计数自增，同时不断地与自动重装寄存器进行比较，他俩值相等时，即计时时间到，这时会产生一个更新中断和更新事件，CPU响应更新中断，就完成定时中断任务了。

4.通用定时器

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  • 对于通用定时器来说，CNT计数器的计数模式不止，一种向上计数

    • 向上计数模式：计数器从0开始，向上自增，计到重装值，清0同时申请中断，然后开始下一轮，依次循环。（最常用）
    • 向下计数模式：从重装值开始，向下自减，减到0之后，回到重装值同时申请中断，然后继续下一轮，依次循环。
    • 中央对齐的计数模式：从0开始，先向上自增，计到重装值，申请中断，然后在向下自减，减到0，在申请中断，然后继续下一轮，依次循环。

image.png 上半部分为 ，内外时钟源选择和主从触发模式

  • 外部时钟源：1.TIMx_ETR引脚，滤波后的电路，兵分两路，一个进入ETRF进入触发控制器，便可以选择作为时基单元的时钟了（叫做外部时钟模式2），第二种也可以作为时钟。还有TRGO可以做外部时钟，叫外部时钟模式1。TRGo可以通向其他定时器，就接上了其他定时器ITR引脚，实现了级联，具体连接方式

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5. 高级定时器

高级定时器相对于通用定时器，多了

  • 一个重复计数器，可以实现，每隔几个周期申请一个中断，因此定时时间上限为59*65536.
  • 一个死区生成器，对于输出比较模块进行了升级，前三个输出引脚变为了一对互补的引脚，因此可以生成一对互补PWM波，驱 动三项无刷电机。为了防止互补输出驱动桥臂时，在开关切换瞬间，由于器件的不理想而造成短暂的直通现象，而使用DTG产生一定时间的死区
  • 一个刹车输入，给电机驱动提供安全保障，如果外部引脚BKIN产生刹车信号，或者内部时钟失效产生了故障，那么控制电路便会自动切断输出，防止意外发生

      主讲定时中断和内外时钟源选择      

6.定时中断基本结构

定时中断配置基本步骤

  • RCC开启时钟，定时器的基准时钟和整个外设的工作时钟
  • 选择时基单元的时钟源，定时中断选择内部时钟模式
  • 配置时基单元，包括PSC，ARR，CNT，以及计数模式等等
  • 配置输出中断控制，允许更新中断输出到NVIC
  • 配置NVIC，在NVIC中打开定时中断的通道，并分配优先级
  • 运行控制

1.预分频器（PSC）

  • 当预分频器=0时，也即不分频,或者1分频，输出频率=输入频率=72MHz.
  • 当预分频器=1时，也即2分频，输出频率=输入频率/2=36MHz.
  • 当预分频器=2时，也即3分频，输出频率=输入频率/3=24MHz. 因此，实际分频次数=预分频系数+1.（最大为65535）

  • CK\_CNT=CK\_PSC/(PSC+1)（CK_CNT=72MHz）

    定时器时钟=定时器时钟源+（预分频值+1） 由图可知，预分频器有两个，预分频控制寄存器由我们来读写，并不直接决定预分频系数；另外一个为预分频缓冲器（影子寄存器） 为真正起作用的寄存器，防止了在一个计数周期内，计数频率发生改变，

  • CK_PSC预分频器的输入时钟，内部时钟一般是72MHZ CNT_EN计数器使能，高电平计数器正常运行，低电平计数器停止。 CK_CNT计数器时钟，即是预分频器的时钟输出，也是计数器时钟输入。当计数值计到和重装值相等时，并下一个时钟来临时，计数值才清0，同时产生一个更新事件，这是一个计数周期的工作流程。

  • 预分频器为了防止计数中途更改数值造成错误，设计了缓冲寄存器，计数器同理。

2.计数器(CNT)

  • 计数器可以对预分频后的时钟进行计数，每来一个上升沿 计数+1.（最大为65535）

  • CK\_PSC:内部时钟72MHZ
    CNT\_EN:时钟使能，高电平启动

  • 计数器也有缓冲寄存器的，但用和不用可以自己设置，无预装时序是没有缓冲寄存器的，通过使用ARPE，可以选择是否使用预装功能

    • ARPE：自动重装载预装载允许位 (Auto-reload preload enable)
      0： TIMx_ARR寄存器没有缓冲；
      1： TIMx_ARR寄存器被装入缓冲器。

3. 自动重装寄存器（ARR）；

CK\_CNT:计数器时钟频率;CK\_PSC:预分频器时钟；PSC：预分频值

  • 自动重装寄存器 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)使能计数器计数存储计数目标，当达到目标，产生中断信号，计数器清零。
    • ARR（Auto-Reload Register，自动重装载寄存器）的主要作用是设定定时器的周期，即定时器计数器达到预定值时重载并产生中断或其他事件。
      • 1.auto-reload precload=Disable：自动重装载寄存器写入新值后，计数器立即产生计数溢出，然后开始新的计数周期
        1. auto-reload precload=Enable：自动重装载寄存器写入新值后，计数器完成当前旧的计数后，再开始新的计数周期
  • 更新中断：计数值等于自动重装计数值产生的中断，之后通往NVIC的定时器通道，配置到NVIC通道，那么定时器的中断便可以得到，CPU的响应了。(向上的箭头UI)
  • 更新事件：不会触发中断，但会触发其他内部电路的工作。

输出比较电路：右边输出比较电路。可以用于输出PWM波形，驱动电机 输入捕获电路：左边输入捕获电路。4个通道，可以用于测量输入方波频率。 捕获/比较寄存器：中间为捕获/比较寄存器。输出比较电路和输入捕获电路共用,因为输出比较和输入捕获不能同时使用，因此这个里的寄存器共用，引脚也共用。

8.定时器配置基本步骤

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7.RCC时钟树

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  • 这个时钟树就是stm32用来产生和配置时钟，并把配置好的时钟发送到各个外设的系统
  • 左边的时钟是产生电路，右边的是时钟分配电路，中间SYSCLK是系统时钟，72MHZ。
  • 在时钟产生电路有4个震荡源，
    • 分别是内部的8MHZ高速RC振荡器：
    • OSC，外部的4-16MHZ的高速石英晶体振荡器；
    • 外部的32.768KHZ低速晶振：LSE OSC，一般是提供给RTC时钟的；
    • 最后是内部的40KHZ低速RC振荡器：LSI RC，提供给开门狗的。

高速时钟是用来提供系统时钟的

1.在systemint()函数中，ST配置时钟方式，时钟产生电路：

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  • 首先，启动内部时钟，选择内部8MHZ为系统时钟，暂时以8MHZ的时钟运行，然后启动外部时钟，进入PLL锁相环，倍频9倍，为72Mhz，等到锁相环稳定后，再选择锁相环输出为系统时钟，这样就将系统时钟由8MHz变为了72MHZ

2.时钟分配

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  • 任何定时器的内部基本时钟都是72MHZ（再不修改RCCsystemInit函数的情况下）

8.输出比较

  • OC（output compare）输出比较 输出比较可以通过比较CNT和CCR寄存器值的关系，来对输出电平置1，置0，或反转的操作，用输出一定频率，占空比的PWM波形 每个高级定时器和通用定时器都有4个输出比较通道（高级定时器的前三个额外拥有死区生成和互补输出的功能）

  • PWM简介（脉冲宽度调制）   在具有惯性的系统中，可以对一系列的脉冲宽度进行调制，来等效的获得所需要的模拟变量常用于电机调速领域   参数：频率：1/Ts；占空比：Ton/Ts(Ton高电平时间，Ts总时间)；分辨率，占空比变化步距。   配置步骤

    • 第一步：RCC开启时钟，把要用的TIM外设和GPIO外设时钟打开
    • 第二步：配置时基单元，包括时钟源选择
    • 第三步：配置输出比较单元
    • 第四步：配置输出GPIO口
    • 第五步：启动计数器   参数计算 ARR：自动重装值; CCR:捕获/比较值; PSC：预分频值   PWM频率：Freq=CK_PSC/(PSC+1)/(ARR+1)/   PWM占空比: Duty=CCR/(ARR+1)//50%   PWM分辨率: Reso=1/(ARR+1)//1%
  • 极性选择：即选择输出信号是否要反转
  • 输出比较通道（通用）
  • 输出比较模式（即REF的输出模式选择）
  • 舵机简介   舵机是一种根据PWM信号占空比来调整输出角度的装置   输出PWM信号要求，周期为20ms，高电平宽度为0.5~2.5ms
  • 直流电机简介   电极正接，电机正转，电机负接，电机反转   直流电机属于大功率电器，GPIO口无法直接驱动，需要配合电机驱动电路来配合使用   TB6612，是一款双路H桥型的直流电机驱动芯片，可以驱动两个直流电机
  • 重映射   根据你所要重映射的引脚，在下图找到所需要的模式，比如：如果我们想把PAO改到PA15，就可以选择这个部分重映射式   1，或者完全重映射。 在但是PA15在引脚定义图里没有加粗，因为它上电后已经默认复用为了调试端口JTDI，所以如果想让他作为普通的GPIO或者复用定时器的通道。那还需要先关闭调试端回的复用，也是用这个GPIO PinRemapConfig函数,不过第一个参数用GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable

9.基本参数&计算

参数计算

  • ARR：自动重装值; CCR:捕获/比较值; PSC：预分频值,CK\_PSC:72MHZ

  • PWM频率：Freq=CK_PSC/(PSC+1)/(ARR+1)/

  • PWM占空比: Duty=CCR/(ARR+1)/

  • PWM分辨率: Reso=1/(ARR+1)/

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