TIM定时器

我们使用的STM32F1系列单片机主频是72MHz，也就是一秒钟产生72000000个脉冲，当我们使用定时器TIM的时候，首先会使用PSC预分频器预分频，将其设置为1就是2分频，3就是4分频。假设我们将其进行720分频就要将PSC设置为719（亦可以写720-1），也就是1s产生100000个脉冲。CNT是计数器，会在一个脉冲到来时计数+1，要计数多少次就需要ARR自动重装载寄存器，我们将ARR的值（Period设置为100-1）设置为99，那么计数器会在计数到100个脉冲时溢出，也就是1ms溢出，若我们在每次脉冲时产生中断就要使能中断NVIC。

计数原理我们已经搞明白了，那么PWM信号是怎么产生的呢？这里就需要提到CCR捕获/比较器，我们将其设置为50，（此时占空比DUty=CCR/ARR+1=50/99+1=50%）CNT计数器会在计数的时候不停与CCR的值（50）进行比较，当计数到50的时候，会根据我们设置的PWM模式，输出相应的电平，例如置1，置0，或者翻转电平，然后输出PWM波形。

PWM的频率Freq=72MHz/（PSC+1）(ARR+1）=72000KHz/(720)(100)=1KHz。

频率的概念：频率=1/T，这里T的单位是秒，频率的单位是Hz。

1ms=1000us；1s=1000ms；1Khz=1000Hz：1MHz=1000KHz

1 TIM(Timer)定时器

定时器可以对输入的时钟进行计数，并在计数值达到设定值时触发中断，这便是定时器的基本功能，可以看出定时器本质就是一个计数器。

STM32定时器拥有16位计数器，预分频器，自动重装寄存器，重复次数寄存器的时基单元，在72MHz计数时钟下可以实现最大59.65s的定时。

定时器不仅具备最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。

根据复杂程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。

注意：STM32F103C8T6定时器资源：TIM1,TIM2,TIM3,TIM4。接下来我会以高级定时器为例子进行讲解，因为高级定时器涵盖了通用和基本定时器，通过对高级定时器进行理解，就相当于学习了所有定时器的内容。

定时中断基本结构图

2 TIM1和TIM8高级定时器

高级控制定时器（TIM1和TIM8）由一个16位的自动重装载计数器组成，它由一个可编程的预分频器驱动。

高级定时器框图

它适合多种用途，包含测量输入信号脉冲宽度（输入捕获），或者产生输出波形（输出比较，PWM,嵌入死区时间的互补 PWM等）。

使用定时器预分频器和RCC时钟控制预分频器，可以实现脉冲宽度和波形周期从几个微秒到几个毫秒的调节。

注意：高级控制定时器 (TIM1 和 TIM8) 和通用定时器 (TIMx) 是完全独立的，它们不共享任何资源。它们可以同步操作。

2.1TIM1和TIM8主要特性

2.3时基单元

可编程高级控制定时器的主要部分是一个16位计数器和与其相关的自动重装载寄存器。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。此计数器时钟由预分频器分频得到。计数器，自动装载寄存器和预分频器寄存器可以由软件读写，即使计数器还在运行读写仍然有效。

时基单元框图

时基单元包含
计数器寄存器（TIMx_CNT）
预分频器寄存器（TIMx_PSC）
自动装载寄存器（TIMx_ARR）
重复次数寄存器（TIMx_RCR）

2.3.1自动装载寄存器和影子寄存器

自动装载寄存器是预先装载的，写或读自动装载寄存器将访问预装载寄存器。预装载寄存器的内容会在每次更新事件时传送到影子寄存器。有预装入就需要用到自动装载寄存器，也就会用到影子寄存器。

两个例子说明影子寄存器的作用；

ARR的值为80，CNT计数到35，若ARR无预装值（即没有用到影子寄存器）此时写新值28，因为此时CNT35>新值28，CNT一直数到FFFF才会归零，然后数到28溢出；若有预装值数到80就溢出归零，然后执行新值28。

ARR的值为80，CNT计数到35，若ARR无预装值（即没有用到影子寄存器）此时写新值40，因为此时CNT35<新值40，还没数到新值，立即装入新值，数到40就溢出；若有预装值则数到80才溢出归零，然后执行新值40。

一句话总结就是，在突然写入新值的时候，是立刻生效，还是执行完生效，有预装值影子寄存器会让计数器把上一个值数完。下图是参考手册给出时序图的例子；

2.3.2 预分频器

预分频器可以将计数器的时钟频率按1到65536之间的任意值分频。新的预分频器的参数在下一次更新事件到来时被采用。

当分频器的参数从1变到2时，计数器的时序图

当分频器的参数从1变到4时，计数器的时序图

2.4计数器模式

2.4.1向上计数模式

在向上计数模式中，计数器从0计数到自动装载值（TIMx_ARR寄存器设置的值)，然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。也可以通过软件方式（或使用硬件的从模式控制器）设置UG位产生更新事件。

如果使用了重复计数器功能，向上计数达到设置的重复计数寄存器（TIM_RCR）中设定的次数后时，产生更新事件：否则每次计数器溢出时才产生更新事件。

当发生一个更新事件时，所有的寄存器都被更新，硬件同时设置更新标志位。

2.4.2向下计数模式

在向下计数模式中，计数器从自动装载的值（TIMx_ARR寄存器设置的值)开始向下计数到0的，然后从自动装载的值重新开始计数并且产生一个计数器溢出事件。也可以通过软件方式（或使用硬件的从模式控制器）设置UG位产生更新事件。

如果使用了重复计数器功能，当向下计数重复了重复计数寄存器（TIM_RCR）中设定的次数后时，产生更新事件：否则每次计数器向下溢出时才产生更新事件。

当发生一个更新事件时，所有的寄存器都被更新，硬件同时设置更新标志位。

2.4.3中央对齐模式（向上向下计数）

在中央对齐模式，计数器从0开始计数到自动装载的值（TIMx_ARR寄存器设置的值）-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下溢事件：然后再从0开始重新计数。

可以在每次计数上溢和每次计数下溢时产生更新事件；也可以通过软件方式（或使用硬件的从模式控制器）设置UG位产生更新事件。

2.5重复计数器

假设设置好重复计数器的值为N（N是TIMx_RCR重复寄存器的值），当N递减到0时更新事件才会产生。这个特性对产生 PWM信号非常有用。

那么N在什么时候才会递减，需要下面任一条件成立：

向上计数模式下每次计数器溢出时。

向下计数模式下每次计数器溢出时。

中央对齐计数模式下每次计数器向上溢出或者向下溢出时。

注意：当更新事件由软件产生（或使用硬件的从模式控制器）设置UG位，则无论重复计数器的值是多少，立即发生更新事件，并且重复计数器的值恢复成N。

2.6计数器时钟选择

计数器时钟可以由下列时钟源提供：

内部时钟（CK_INT）。RCC内部时钟

外部时钟模式1：外部输入引脚。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。例如配置向上计数器在T12输入端的上升沿计数，当上升沿出现在T12计数器技术一次，且TIF标志被设置

T12外部时钟触发框图

外部时钟模式2：外部触发输入ETR。计数器能够在外部触发ETR的每一个上升沿或下降沿计数

外部时钟2触发框图

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。如可以配置一个定时器Timer1作为另一个定时器Timer2的预分频器。

3 输出比较（PWM）

OC(0utput 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，来对输出电平进行置1/0，或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形

每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输出比较通道

高级定时器的前三个通道额外拥有死区生成和互补输出的功能

输出比较模式

一般我们仅使用PWM模式1中的向上计数模式，这种模式是如何输出频率和占空比都可调节的PWM波形的呢？我们来看下面的图：

时基单元中CNT在自增运行时会与输出比较单元的CCR不断进行比较，输出比较单元总共有4路。

输出比较单元最开始，是CCR捕获/比较寄存器，CCR由我们自己设置。CCR后面就是输出模式控制器，这里我们以PWM模式1作为例子，CNT<CCR时，REF置有效电平，CNT>=CCR时，REF置无效电平，看右上角的图，红色的线是CCR由我们设置为30，CNT向上计数并且不断与30比较，不难理解是如何生成PWM波形的。

3.1参数计算

PWM参数计算

由图可知：CCR（比较值）=30；ARR（重装值）=99

CK_PSC(系统时钟)=72MHz

假设：PSC（预分频)=719

PWM的周期始终对应计数器的溢出周期，所以PWM的频率就等于计数器的更新频率。

PWM频率Freq=72000Khz/（720*100）=1Khz；

PWM占空比Duty=30/100=30%；

PWM分辨率Rwso=1%；

4 输入捕获

IC（Input Capture）输入捕获

输入捕获模式下，当通道输入引脚出现指定电平跳变时，当前CNT的值将被锁存到CCR中，可用于测量PWM波形频率，占空比，脉冲间隔，电平持续时间等参数

每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输入捕获通道

可配置PWMI模式，同时测量频率和占空比

可配合主从触发模式，实现硬件全自动测量

频率的定义：一秒钟的周期数。

测频法适合测量高频信号，测周法适合测量低频信号，不过都有可能有正负一误差。

中界频率实际上就是将测频法和测周法相乘，然后N被消除，在开根号结果就是Fm。

结构框图

以通道1即TIMx_CH1往右看，输入信号进入输入滤波器和边沿检测器，输入滤波器可以对信号进行滤波，避免一些高频信号的毛刺信号误触发，边沿检测器可以选择高电平触发，或者低电平触发，当出现对应的电平后，边沿检测器就会触发后续电路。我们可以看到检测器输出部分有TI1FP1和TI1FP2这是因为，这个寄存器里面有两套检测装置，其中FP1给IC1，FP2给FP2。

这样做的主要目的是可以把一个引脚的输入，同时映射到两个捕获单元，第一个捕获通道，使用上升沿触发，用来捕获周期；第二个通道，使用下降沿触发，用来捕获占空比。这样就可以同时测量一个引脚即一个信号的频率和占空比。这也是PWMI模式的经典结构。

输入捕获上升沿：当我们配置为PA0引脚为输入捕获上升沿触发，每来一次上升沿，CNT转运到CCR一次，由于CNT计数器是由内部的标准时钟驱动的，所以 CNT的数值其实可以用来记录两个上升沿之间的时间间隔，这个时间间隔就是周期，再取倒数，就是测周法的频率了，CCR捕获到的值就是计数值N，CNT的驱动时钟就是Fc，Fc/N就是频率。

捕获中断：如果需要在CCR捕获瞬间，处理一些事情的话，就可以开启捕获中断。

注意：在每次CCR捕获之后都要把CNT清零，这样下次上升沿再次捕获的时候取出的CNT才是两个上升沿的时间间隔这个在一次捕获后将CNT清零的步骤，我们可以用主从触发模式，自动来完成。

4.1主从触发模式

主从触发模式是如何完成硬件自动化操作的：主从触发模式就是主模式，从模式，触发源选择这三个功能的简称。

主模式可以将定时器内部的信号（复位，使能，更新，输出比较），映射到TRGO引脚，用于触发别的外设，所以这部分叫做主模式。从模式就是接受其他外设或者自身外设的一些信号，用于控制自身定时器的运行，也就是被别的信号控制。触发源选择就是选择从模式的信号源，选择指定的一个信号，得到TRGI去触发从模式，从模式可以在这个列表里，选择一项操作来自动执行，可以认为他是从模式的一部分。

如果想让TI1FP1信号自动触发CNT清零，那么触发源选择就可以选择TI1FP1，从模式执行的操作就可以选择执行Reset的操作，这样TI1FP1就可以自动触发从模式，从模式自动清零CNT实现硬件全自动测量。

4.2输入捕获基本结构

右上角是时基单元，将其配置好，启动定时器，CNT就会在预分频之后的这个时钟驱动下不断自增，这个CNT就是我们测频测周法需要计数的东西，经过预分频之后，这个位置的时钟频率，就是驱动CNT的标准频率Fc，标准频率=72M/预分频系数。

输入捕获通道1的GPIO口，输入一个方波信号，经过滤波器和边沿检测，选择TI1FP1为上升沿触发，之后选择直连的通道，分频器选择不分频，当TI1FP1出现上升沿之后，CNT的当前计数值转运到CCR1里，同时触发源选择TI1FP1为触发信号，从模式选择复位操作，这样TI1FP1的上升沿，也会通过上面这一路去触发CNT清零。但是这里有个先后顺序，先转运CNT的值到CCR里，再触发从模式给CNT清零。