一、簡(jiǎn)介

定時(shí)器可以對(duì)輸入的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，并在計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定值時(shí)觸發(fā)中斷

定時(shí)器最核心的部分叫做時(shí)基單元，由計(jì)數(shù)器、預(yù)分頻器、自動(dòng)重裝寄存器構(gòu)成

STM32定時(shí)器的功能十分豐富，不僅有定時(shí)中斷功能，還有內(nèi)外時(shí)鐘源選擇、輸入捕獲、輸出比較、主從觸發(fā)模式等多種功能

根據(jù)復(fù)雜度和應(yīng)用場(chǎng)景定時(shí)器分為高級(jí)、通用、基本三個(gè)類型的定時(shí)器，我們一起來梳理一下基本定時(shí)器和通用定時(shí)器，高級(jí)定時(shí)器就不再梳理了，太復(fù)雜

二、基本定時(shí)器

基本定時(shí)器是定時(shí)器里結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的，功能最少的定時(shí)器，我們先從基本定時(shí)器開始學(xué)習(xí)

基本定時(shí)器只能接內(nèi)部時(shí)鐘，所以上方控制器相當(dāng)于通路，然后連接到PSC預(yù)分頻器上，這個(gè)預(yù)分頻器就是用來對(duì)時(shí)鐘分頻的，計(jì)數(shù)器占用一份，預(yù)分頻器占用x份，由于時(shí)基單元的三個(gè)器件都是16位的，所以x的取值在0 ~ 2^16-1，所以最大的分頻效果為1/(2 ^16)，此時(shí)計(jì)數(shù)器的分頻最小，可計(jì)時(shí)的時(shí)間最長(zhǎng)，每一個(gè)上升沿計(jì)數(shù)器就加1，在72MHz的內(nèi)部時(shí)鐘的頻率下的計(jì)時(shí)時(shí)間最長(zhǎng)是59s多，超過這個(gè)時(shí)間就要從0再開始計(jì)時(shí)了

自動(dòng)重裝寄存器的作用是存儲(chǔ)一個(gè)閾值，當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到這個(gè)值時(shí)觸發(fā)中斷（就是上圖的UI，更新中斷），清零計(jì)數(shù)器（就是上圖的U，更新事件，觸發(fā)內(nèi)部其他電路的工作）

U更新事件通過主模式可以映射到TRGO直接觸發(fā)DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器，就是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換），過程不需要軟件參與，實(shí)現(xiàn)了硬件的自動(dòng)化，這就是主模式的作用

三、通用定時(shí)器

1、時(shí)鐘源選擇

• 在通用定時(shí)器中的時(shí)鐘源可以有選擇了，不一定非得要用內(nèi)部時(shí)鐘，在TIMx_ETR引腳處接入外部時(shí)鐘經(jīng)過極性選擇、邊沿檢測(cè)和預(yù)分頻器以及濾波后接入觸發(fā)控制器，此時(shí)這個(gè)外部時(shí)鐘就可以被使用了
• 通過TRGI這一路可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)器級(jí)聯(lián)功能，因?yàn)門RGO可以連接至ITR，這一路可以開啟定時(shí)器的從模式，實(shí)現(xiàn)定時(shí)器1更新事件驅(qū)動(dòng)定時(shí)器2時(shí)基單元的效果，定時(shí)器1達(dá)到閾值時(shí)定時(shí)器2加1，這樣就可以實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)時(shí)長(zhǎng)指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)
• 然后時(shí)鐘還可以通過TIIF_ED也就是CH1引腳，以及TI1FP1也就是CH1引腳的時(shí)鐘、TI2FP2也就是CH2引腳的時(shí)鐘來設(shè)定

2、時(shí)基單元

通用定時(shí)器的計(jì)數(shù)器除了向上計(jì)數(shù)還有向下計(jì)數(shù)和中央對(duì)齊計(jì)數(shù)

• 向下計(jì)數(shù)：設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)值，從這個(gè)基準(zhǔn)值開始向下減，直到計(jì)數(shù)器值為0，申請(qǐng)中斷
• 中央對(duì)齊計(jì)數(shù)：設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)值，從0開始計(jì)數(shù)到該值，申請(qǐng)中斷，計(jì)數(shù)器不清零，然后向下減直到計(jì)數(shù)器為0，申請(qǐng)中斷，再重復(fù)自增再自減的過程

3、輸出比較和輸入捕獲電路

最下邊這一塊電路是輸入捕獲和輸出比較電路

（1）輸出比較

輸出比較可以通過比較CNT（計(jì)數(shù)器）與CCR（捕獲/比較）寄存器值的關(guān)系，來對(duì)輸出電平進(jìn)行置1、置0或翻轉(zhuǎn)的操作，用于輸出一定頻率和占空比的PWM波形

①PWM波形

PWM就是脈沖寬度調(diào)制，在具有慣性的系統(tǒng)中，可以對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要的模擬參量，可以通過控制頻率來做到電機(jī)控速等效果

• 頻率為1/Ts ， 占空比為Ton/Ts ， 分辨率為占空比的變化步距
• 占空比越高，越接近高電平，占空比越低，越接近低電平
• 占空比如果按照1%、2%、3%的步距變化，那么分辨率就是1%
• 占空比如果按照10%、20%、30%的步距變化，分辨率就是10%

②通用定時(shí)器的輸出比較電路

CNT與CCR1進(jìn)行比較，當(dāng)CNT>=CCR1時(shí)，就會(huì)給輸出模式控制器傳一個(gè)信號(hào)，然后輸出模式控制器就會(huì)改變它輸出OC1ref的電平（然后可以將OCref映射到主模式TRGO輸出上去），然后遇到一個(gè)門，是一個(gè)極性選擇門，CC1P寄存器寫0，信號(hào)從上通道通過，也就是信號(hào)電平不翻轉(zhuǎn)，CC1P寄存器寫1，信號(hào)從下通道非門通過，執(zhí)行邏輯取反，也就是信號(hào)電平翻轉(zhuǎn)

③輸出模式控制器的邏輯

該控制器是可以由寄存器OC1M[2:0]控制的

這里的有效電平和無效電平可以被認(rèn)為是高電平和低電平 

其實(shí)除了PWM模式以外其他的都沒啥用

④輸出比較基本結(jié)構(gòu)

時(shí)鐘接到預(yù)分頻器上，像上面提到的一樣，通過運(yùn)行控制寄存器來操作時(shí)基單元，然后計(jì)數(shù)器CNT不斷計(jì)數(shù)并且不斷與CCR進(jìn)行比較，這里我們CCR的模式是比較常用的PWM1，然后輸出REF波形，原理如下圖所示：

• 當(dāng)CNT < CCR，輸出REF高電平，當(dāng)CNT >= CCR時(shí)，輸出REF低電平
• 可以看出PWM頻率就等于計(jì)數(shù)器的更新頻率
• 占空比就是CCR/(ARR+1)，與計(jì)數(shù)器值無關(guān)，因?yàn)橛?jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值是一個(gè)線性變化的量
• 分辨率就是占空比變化步距，與CCR和ARR有關(guān)

（2）輸入捕獲

• 輸入捕獲模式下，當(dāng)通道輸入引腳出現(xiàn)指定電平跳變時(shí)，當(dāng)前CNT的值被寫入到CCR中，可用于測(cè)量PWM波形的頻率、占空比、脈沖間隔、電平持續(xù)時(shí)間等參數(shù)
• 可配置為PWMI模式，同時(shí)測(cè)量頻率和占空比
• 可配合主從觸發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)硬件全自動(dòng)測(cè)量

①測(cè)頻率的方法

• 高頻信號(hào)測(cè)量頻率適合用測(cè)頻法：在一定時(shí)間T內(nèi)，對(duì)上升沿計(jì)N次，頻率為N/T，且更新慢，得到的值波動(dòng)小，可以通過計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)以及計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)來達(dá)到效果
• 低頻信號(hào)測(cè)量頻率適合用測(cè)周法：在兩個(gè)上升沿也就是一個(gè)周期內(nèi)，用一頻率f計(jì)N次，頻率為f/N，且更新快，得到的值波動(dòng)大，
• 測(cè)量頻率的時(shí)候N越大，誤差越小，測(cè)頻法與測(cè)周法誤差相等的頻率為中界頻率，此時(shí)兩種方法計(jì)次N相同

②輸入捕獲電路

• 濾波器：連續(xù)多個(gè)采樣，在多個(gè)采樣相同時(shí)輸出采樣電平，不同時(shí)輸出不變，起到濾波的作用
• CCER寄存器中的CC1P位選擇信號(hào)極性
• CCMR1中的CC1S位對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，ICPS位控制上面的分頻器
• CCER中的CC1E可以控制控制信號(hào)使能或者失能

③主從觸發(fā)模式

• 主從是一個(gè)形象的描述，被描述者就是STM32
• 主模式就是將內(nèi)部信號(hào)映射到TRGO引腳，用于觸發(fā)別的外設(shè)
• 從模式就是接受一個(gè)外設(shè)產(chǎn)生的觸發(fā)源信號(hào)，產(chǎn)生TRGI控制自身

④輸入捕獲基本結(jié)構(gòu)

時(shí)基單元連接到時(shí)鐘上，這都是基本操作，不必多說，然后GPIO輸入上方波形信號(hào)，經(jīng)過濾波器選擇TI1FP1為上升沿（下降沿）觸發(fā)，經(jīng)過分頻器分頻，當(dāng)TI1FP1出現(xiàn)上升沿（下降沿）之后，CNT當(dāng)前計(jì)數(shù)值傳到CCR1里，同時(shí)選擇TI1FP1為觸發(fā)源，然后開啟從模式，可以設(shè)置從模式觸發(fā)CNT清零

可以看到波形圖在上升沿時(shí)將CNT的值給到CCR1，同時(shí)將CNT的值置為0，然后在沒有再次出現(xiàn)上升沿的過程中CNT持續(xù)計(jì)數(shù)，再次出現(xiàn)上升沿時(shí)重復(fù)上述過程

⑤PWMI基本結(jié)構(gòu)

• PWMI模式：使用兩個(gè)通道來捕獲頻率和占空比

可以看到和上一個(gè)電路里的區(qū)別就是下路加了一個(gè)TI1FP2，用來捕獲下降沿，出現(xiàn)下降沿時(shí)讓CNT的值賦給CCR2，這樣就記錄了電平為高電平期間的計(jì)數(shù)值，且不清零CNT，占空比就可以用CCR2/CCR1得出

4、定時(shí)中斷基本結(jié)構(gòu)

up整理的圖是非常通俗易懂的，時(shí)鐘可以選擇內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘（編碼器就不看了），外部時(shí)鐘又可以選擇直接接入GPIO的外部時(shí)鐘ETR引腳，也可以選擇觸發(fā)輸入外部時(shí)鐘，也就是ERT、ITRx、TIx某一個(gè)，通過運(yùn)行控制來操作時(shí)基單元，然后接到中斷輸出控制，中斷輸出控制用來控制中斷，它對(duì)于NVIC的作用就相當(dāng)于NVIC對(duì)于CPU的作用，起到一個(gè)篩選的作用，被允許才能接到NVIC

5、預(yù)分頻器時(shí)序

• CK_PSC是預(yù)分頻器的輸入時(shí)鐘
• CNT_EN是計(jì)數(shù)器使能，高電平計(jì)數(shù)器正常運(yùn)行，低電平計(jì)數(shù)器停止

開始時(shí)，計(jì)數(shù)器未使能，定時(shí)器時(shí)鐘不運(yùn)行，使能后前半段預(yù)分頻器系數(shù)為1，此時(shí)定時(shí)器時(shí)鐘CK_CNT與預(yù)分頻器的輸入時(shí)鐘CK_PSC相同，后半段預(yù)分頻器系數(shù)為2，此時(shí)定時(shí)器時(shí)鐘CK_CNT一個(gè)周期等于預(yù)分頻器的輸入時(shí)鐘CK_PSC兩個(gè)周期

• 在計(jì)數(shù)器時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，計(jì)數(shù)器寄存器在時(shí)鐘上升沿時(shí)自增，從圖中可以看出自動(dòng)重裝器的數(shù)值為FC，因?yàn)樵诖酥笞優(yōu)?
• 在計(jì)數(shù)器寄存器由FC變?yōu)?時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)更新事件

下面三行表示的是預(yù)分頻器的緩沖機(jī)制：

在更改預(yù)分頻控制寄存器時(shí)，預(yù)分頻控制寄存器立刻變化，但是會(huì)在當(dāng)前這個(gè)計(jì)數(shù)周期結(jié)束后更新到預(yù)分頻緩沖器中

預(yù)分頻計(jì)數(shù)器用來做分頻指示，在1分頻時(shí)計(jì)數(shù)器就是000000這樣計(jì)數(shù)，控制相應(yīng)的波形不會(huì)發(fā)生變化，在2分頻時(shí)計(jì)數(shù)器就是010101這樣計(jì)數(shù)，波形在0的上升沿發(fā)生變化，周期變?yōu)樵瓉淼膬杀?，如?分頻，那么計(jì)數(shù)器就是012012這樣計(jì)數(shù)，相對(duì)應(yīng)的周期就會(huì)變?yōu)樵瓉淼娜?/p>

6、計(jì)數(shù)器時(shí)序

內(nèi)部時(shí)鐘分頻因子就是分頻系數(shù)，也就是2分頻

在計(jì)數(shù)器寄存器置0的時(shí)候，計(jì)數(shù)器溢出，發(fā)生更新事件，更新中斷標(biāo)志置1，當(dāng)更新中斷標(biāo)志置1時(shí)會(huì)去申請(qǐng)中斷，中斷響應(yīng)后需要在中斷程序中手動(dòng)清零

當(dāng)然，計(jì)數(shù)器、預(yù)分頻器、自動(dòng)重裝寄存器、捕獲/比較寄存器都是有緩沖機(jī)制的，效果與上小節(jié)一樣，而且它們是可以手動(dòng)選擇是否開啟的

四、RCC時(shí)鐘樹

先來看時(shí)鐘的初始化：

ST公司幫我們實(shí)現(xiàn)了SystemInit函數(shù)，這個(gè)函數(shù)是先將內(nèi)部晶振①線路接通，先以8MHz運(yùn)行，然后接通外部晶振②線路，走到PLLMUL中，發(fā)生倍頻，從外部輸入的8MHz倍頻為72MHz

下邊有個(gè)CSS，時(shí)鐘安全系統(tǒng)，負(fù)責(zé)切換時(shí)鐘，一旦外部時(shí)鐘失效，自動(dòng)切換為內(nèi)部時(shí)鐘，保證系統(tǒng)時(shí)鐘的運(yùn)行，防止程序卡死

我們一般使用外部晶振，因?yàn)橥獠渴⒕д癖葍?nèi)部的RC震蕩電路要穩(wěn)定

進(jìn)入到AHB中，AHB總線中有預(yù)分頻器，在SystemInit里配置的分配系數(shù)為1，所以AHB中的時(shí)鐘為72MHz，進(jìn)入APB1總線，APB1的預(yù)分頻器在SystemInit里配置的分頻系數(shù)為2，所以APB1的時(shí)鐘為36MHz，它連接的普通外設(shè)的時(shí)鐘為36MHz，而因?yàn)锳PB1的預(yù)分頻系數(shù)不為1，所以連接定時(shí)器2~7的頻率要 * 2，也就是連接定時(shí)器2 ~ 7的時(shí)鐘為72MHz

APB2在SystemInit里配置的分配系數(shù)為1，所以APB2連接所有外設(shè)的時(shí)鐘都是72MHz

除此以外我們可以看到每一個(gè)線路連接外設(shè)之前都會(huì)和外設(shè)時(shí)鐘使能經(jīng)過一個(gè)與門，這個(gè)外設(shè)時(shí)鐘使能就是RCC_APB2/1PeriphClockCmd作用的地方，打開時(shí)鐘就是在這個(gè)位置寫1，可以讓時(shí)鐘通過與門輸出給外設(shè)

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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