江协科技STM32学习- P13 TIM定时器中断

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💬本系列哔哩哔哩江科大STM32的视频为主以及自己的总结梳理📚

🚀Projeet source code🚀

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引用：

STM32入门教程-2023版细致讲解中文字幕_哔哩哔哩_bilibili

Keil5 MDK版下载与安装教程（STM32单片机编程软件）_mdk528-CSDN博客

STM32之Keil5 MDK的安装与下载_keil5下载程序到单片机stm32-CSDN博客

0. 江协科技/江科大-STM32入门教程-各章节详细笔记-查阅传送门-STM32标准库开发_江协科技stm32笔记-CSDN博客

江科大STM32学习笔记（上）_stm32博客-CSDN博客

STM32学习笔记一（基于标准库学习）_电平输出推免-CSDN博客

术语：

英文缩写	描述
GPIO：General Purpose Input Onuput	通用输入输出
AFIO：Alternate Function Input Output	复用输入输出
AO：Analog Output	模拟输出
DO：Digital Output	数字输出

正文：

0. 概述

从 2024/06/12 定下计划开始学习下江协科技STM32课程，接下来将会按照哔站上江协科技STM32的教学视频来学习入门STM32 开发，本文是视频教程 P2 STM32简介一讲的笔记。

定时器共四个部分，分为八个小节笔记。本小节为第一部分第一节。

🌳在第一部分，是定时器的基本定时的功能：定时中断功能、内外时钟源选择

🌳在第二部分，是定时器的输出比较功能，最常见的用途是产生PWM波形，用于驱动电机等设备

🌳在第三部分，是定时器的输入捕获功能和主从触发模式，来实现测量方波频率

🌳在第四部分，是定时器的编码器接口，能够更加方便读取正交编码器的输出波形，编码电机测速

1.🚀STM32 TIM定时器简介

TIM（Timer）定时器，定时触发中断

⏱️定时器本质上就是一个计数器

定时器可以对输入的时钟进行计数（在stm32中定时器的基准时钟一般是主频72MHz，如果对72MHz记72个数，那就是1MHz也就是1us的时间（72MHz就是1秒记72M个数，可以理解为对72个数计数1M次，记72个数的频率就是1MHz，用时1us）），如果记72000个数，那就是1KHz也就是1ms的时间，并在计数值达到设定值时触发中断。

stm32的定时器拥有16位（2的16次方是65536）的计数器（计数器就是用来执行计数定时的寄存器，每来一个时钟，计数器加1）、预分频器（可以对计数器的时钟进行分频，让计数更加灵活）、自动重装寄存器（是计数的目标值，计多少个时钟申请中断）的时基单元，在72MHz计数时钟下可以实现最大59.65s的定时。

😎预分频值（PSC）、自动重装载值（ARR）。

定时器的计数频率 = 时钟频率 / （PSC + 1）

最大定时时间 = （ARR + 1）/ 定时器的计数频率

即，最大定时时间 = (ARR + 1) * (PSC + 1) / 时钟频率

🕛️不仅具备基本的定时中断功能，而且还包含内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等多种功能

🕛️根据复杂度和应用场景分为了高级定时器、通用定时器、基本定时器三种类型

🚀定时器类型

类型	编号	总线	功能
高级定时器	TIM1、TIM8	APB2	拥有通用定时器全部功能，并额外具有重复计数器、死区生成、互补输出、刹车输入等功能
通用定时器	TIM2、TIM3、TIM4、TIM5	APB1	拥有基本定时器全部功能，并额外具有内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等功能
基本定时器	TIM6、TIM7	APB1	拥有定时中断、主模式触发DAC的功能

除了TIM1-8，在库函数中还出现了TIM9、10、11等（这些一般都用不到）

🌳高级定时器额外具有的重复计数器、死区生成、互补输出、刹车输入等，这些功能主要是为了三相无刷电机的驱动设计的

🌳STM32F103C8T6定时器资源：TIM1、TIM2、TIM3、TIM4；不同的型号，定时器的数量是不同的

🚀基本定时器

理解时基单元的工作流程（定时器产生中断的全部流程）、主模式触发DAC的功能，如下内容：

1.基本定时器时基单元

下面这三个构成了最基本的计数计时电路，所以这一块电路就叫做时基单元

时基单元：预分配器（PSC）、自动重装载寄存器（ARR）、计数器（CNT）

2.时基单元的工作流程

内部时钟的来源是RCC_TIMxCLK，频率值是系统的主频72MHz，所以通向时基单元的计数基准频率就是72MHz

🌵进入时基单元首先是预分频器（PSC），它可以对72MHz的计数时钟进行预分频（比如，预分频器写0就是不分频输出72MHz，写1是进行二分频输出36MHz，写2是三分频输出24MHz ..，所以预分频的值和实际的分频系数相差1，即，实际分频系数=预分频器的值+1），预分频器是16位的，最大值可以写65535，也就是最大65536分频。

🌵然后是计数器，对预分频后的计数时钟进行计数，计数时钟每来一个上升沿，计数器的值加1，这个计数器的值也是16位的，值可以从0一直加到65535，如果再加的话，计数器就会回到0重新开始。所以计数器的值在计时过程中会不断地自增运行，当自增运行到目标值时，产生中断，那就完成了定时的任务，所以还需一个存储目标值的寄存器，那就是自动重装载寄存器了

🌵自动重装寄存器也是16位的，它存的是我们写入的计数目标，在运行的过程中，计数值不断自增，自动重装载是固定的目标，当计数值等于自动重装值时，也就是计时时间到了，那它就会产生一个中断信号，并且清零计数器，计数器自动开始下一次的计数计时。像这种计数值等于自动重装值产生的中断，叫做“更新中断”，这个更新中断之后就会通向NVIC，我们再配置好NVIC的定时器通道，那定时器的更新中断就能够得到CPU的响应。

🤠总结定时器产生中断的全部流程🤠：从基准时钟到预分频器再到计数器，计数器计数自增，同时不断地与自动重装寄存器进行比较，值相等时，即计时时间到，这时就会产生一个更新中断和更新事件，CPU响应更新中断，就完成了我们定时中断的任务了。

图红圈，是一个向上的折线箭头，就代表这里会产生中断信号，像这种计数值等于自动重装值产生的中断，叫做“更新中断”😎。

下图红圈，是一个向下的折线箭头，代表的是产生一个事件，这里对应的事件就叫做“更新事件”😎，更新事件不会触发中断，但可以触发内部其它电路的工作。

以上就是定时中断和时基单元的工作流程。

3.主模式触发DAC的功能

下面，简单介绍一下（后续讲），主模式触发DAC的功能，stm32定时器的一大特色就是😎主从触发模式（主从触发模式能让内部的硬件在不受程序的控制下实现自动运行），如果能把主从触发模式掌握好，那在某些情景下将会极大地减轻CPU的负担。

主模式触发DAC的作用就是，在我们使用DAC的时候，可能会用DAC输出一段波形，那就需要每隔一段时间来触发一次DAC，让它输出下一个电压点。如果用正常的思路来实现的话，就是先设置一个定时器产生中断，每隔一段时间在中断程序中调用代码手动触发一次DAC转换，然后DAC输出，这样会使主程序处于频繁被中断的状态，这会影响主程序的运行和其他中断的响应，所以定时器就设计了一个主模式，使用这个主模式可以把定时器的😎更新事件映射到触发输出TRGO（Trigger Out）的位置，然后TRGO直接接到DAC的触发转换引脚上，这样，定时器的更新就不需要再通过中断来触发DAC转换了，仅需要把更新事件通过主模式映射到TRGO，然后TRGO就会直接区触发DAC，整个过程不需要软件的参与，实现了硬件自动化，这就是主模式的作用，当然除了主模式外，还有更多硬件自动化的设计（后续讲）

以上，就是基本定时器的内容

🚀通用定时器

1.通用定时器与基本定时器异同

首先，中间最核心的部分，还是时基单元，如下，这部分结构和工作流程和基本定时器是一样的，不过对于通用定时器而言，计数器的计数模式就不止向上计数一种了（向上自增），通用定时器和高级定时器支持向上计数模式、向下计数模式和中央对齐模式。（基本定时器仅支持向上计数模式）。最常用的还是向上计数模式。

🤠向下计数模式就是从重装值开始，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
🤠中央对齐模式就是从0开始，先向上自增，计到重装值，申请中断，然后再向下自减，减到0，再申请中断，然后继续下一轮，依次循环

2.内外时钟源选择功能

🤠如下，是内外时钟源选择和主从触发模式的结构。🤠

🤠内外时钟源选择：对于基本定时器，定时只能选择内部时钟，也就是系统频率72MHz；对于通用定时器，时钟源可以选择内部时钟或者外部时钟

外部时钟的选择有如下四种：

2.1 第一个外部时钟就是来自TIMx_ETR引脚上的外部时钟

可以在TIM2的ETR引脚也就是PA0上接一个外部方波时钟，然后配置一下内部的极性选择、边沿检测和预分频器电路，再配置一下输入滤波电路，这两块电路可以对外部时钟进行一定的整形（因为是外部时钟，所以难免会有毛刺，这些电路就可以对输入的波形进行滤波），同时也可以选择一下极性和预分频器，最后滤波后的信号，兵分两路，上面一路ETRF进入触发控制器，紧跟着就可以选择作为时基单元的时钟了，在stm32中，这一路也叫做‘外部时钟模式2’（如图中红线）；另一路与其他信号通过一个数据选择器输出TRGI（Trigger In，触发输入），当这个TRGI当作外部时钟来使用时，这一路就称为 外部时钟模式1（如图中黄线所示）。后者从名字上看，它主要是作为触发输入来使用的，这个触发输入可以触发定时器的从模式。关于从模式的内容之后再涉及，本节主要考量把这个触发输入当作外部时钟来考虑的情况。