STM32 TIM控制器及其应用

NFcombat

412人浏览 · 2026-05-16 17:34:51

NFcombat · 2026-05-16 17:34:51 发布

目录：

1.定时器介绍

2.基本定时器

3.基本定时器（定时点灯）

4.通用定时器

5.通用定时器（配置过程）

6.PWM输出

一.定时器介绍

使用精准的时基，通过硬件的方式，实现定时功能。其核心是计数器。

STM32 定时器分为基本定时器、通用定时器和高级定时器，它们功能各有侧重，适用于不同的应用场景。
① 基本定时器
 特点

只有计数功能，没有输入捕获和输出比较功能，结构简单，常用于基础时间基准的生成。
 应用场景

实现简单的定时、提供DAC的转换触发信号。
② 通用定时器

 特点

功能较为灵活，支持输入捕获、输出比较、PWM 等功能，既可以用作普通的时间计时器，也可以处理外部信号。
 应用场景
外部信号捕获、PWM信号生成(电机控制、屏幕背光控制等)。
【省】③ 高级定时器
 特点

功能最为强大，除了通用定时器的所有功能外，还支持专门的功能（如死区时间控制和刹车机制)，专为复杂控制任务设计，如电机控制。
 应用场景

专用于电机控制、复杂的功率信号生成，尤其是需要安全机制（刹车）和高精度 PWM 的应用

二.基本定时器

STM32F4XX系列的基本定时器有TIM6和TIM7【具备的功能：生成时基（定时），驱动数模转换器（DAC）】

TIM6和TIM7简介：

里面包含了16位自动重载计数器（递增计数器），该计数器由可编程预分频器驱动（16位可编程预分频器，用于对计数器时钟频率进行分频（即运行时修改），分频系数介于1~65536），不仅可以生成时基，还可以用于驱动数模转换器（DAC）（DAC的同步电路），通过触发输出驱动DAC且二者独立。时钟源（内部时钟CK——INT）TIM6和TIM7的时钟源来源于APB1总线。

定时器结构细分：

预分频器(PSC)：
负责对定时器输入时钟进行分频，它的主要作用是通过降低定时器的输入时钟频率，为定时器的计时和定时功能提供更灵活的时间控制。TIMx_PSC寄存器是定时器的预分频器寄存器，用于设置定时器的预分频因子，分频因子决定了定时器的时钟频率。需要注意的是实际的分频值是TIMx_PSC+1，例如，当TIMx_PSC寄存器的值为0时，实际的分频因子的大小为 0 + 1 = 1。

由于TIMx_PSC控制器有缓冲区，因此可对预分频器(PSC）进行修改。新的预分频要在下一个更新事件发生时被采用（发生UEV事件）。

UEV事件：TIMx_ARR是自动重装载器的重装载值寄存器，当TIMx_CNT寄存器等于TIMx_ARR寄存器时，计数器上溢，TIMx_CNT寄存器的值自动重置为 0，同时产生一个UEV更新信号。或手动产生（将TIMx_EGR.UG位写1）。

产生UEV事件的信号来源是否可以产生一个UEV的更新事件，取决于TIMx_CR1.UDIS位域。
TIMx_CR1.UDIS为0时，允许产生更新事件； TIMx_CR1.UDIS为1时，则禁止产生UEV事件。

二分频和四分频：

计数器：
计数器通过对输入时钟(由预分频器分频后的时钟信号)，记录经过的时间。计数器的计数模式有三种，递增计数、递减计数、中央对齐计数，但是，基本定时器仅支持递增模式。
TIMx_CNT寄存器是计数寄存器，用于存储定时器的计数值。

计数器由预分频器输出CK_CNT提供时钟，仅当TIMx_CR1寄存器中的计数器启动位（CEN）置1时，才会启动计数器。
请注意，实际的计数器使能信号CNT_EN在CEN置1的一个时钟周期后被置1。

计数器从0计数到自动重载值（TIMx_ARR寄存器的内容），然后重新从0开始计数并生成计数器上溢事件。

自动重载寄存器：
控制计数器的最大计数值，从而影响定时器的溢出时间和功能行为。

TIMx_ARR是自动重载器的重载值寄存器，当TIMx_CNT寄存器等于TIMx_ARR寄存器时，计数器上溢，TIMx_CNT寄存器的值自动重置为0，同时产生一个UEV更新信号。

自动重载寄存器是预装载的。每次尝试对自动重载寄存器执行读写操作时，都会访问预装载寄存器。预装载寄存器的内容既可以直接传送到影子寄存器，也可以在每次发生更新事件UEV时传送到影子寄存器，这取决于 TIMx_CR1 寄存器中的自动重载预装载使能位 (ARPE)【为零时立即更新】。当计数器达到上溢值并且 TIMx_CR1 寄存器中的 UDIS 位为 0 时，将发送更新事件。该更新事件也可由软件产生。下文将针对各配置的更新事件的产生进行详细介绍。

- 单脉冲模式选择(取决于 TIMx_CR1.OPM 位域)：

- 0 ：计数器在发生更新事件时不会停止计数

- 1 ：计数器在发生下一更新事件时停止计数(将CEN位清零)

- 更新中断和DMA请求：
生成更新中断和DMA请求的两种情况(取决于 TIMx_CR1.URS 位域):

TIMx_CR1.URS 设置为1时:
只有计数器上溢( TIMx_CNT 寄存器值== TIMx_ARR 寄存器值)，会生成更新中断和DMA请求。

TIMx_CR1.URS 设置为0时:
所有以下事件都会生成更新中断或DMA请求。此类事件包括:

- 计数器上溢 ( TIMx_CNT 寄存器值== TIMx_ARR 寄存器值)

- 将UG位置1

- 通过从模式控制器生成的更新事件

三.基本定时器（定时点灯）

流程图：

1.配置引脚

始终保持默认（16MHZ）

2.核心代码

不要忘记加头文件#include "stdio.h"

四.通用定时器

通用定时器-介绍

STM32F4xx系列的通用定时器有10个：

15 通用定时器（TIM2到TIM5）
16 通用定时器（TIM9到TIM14）

通用定时器的TIM2到TIM5：

TIM2到TIM5简介
通用定时器包含一个 16 位或 32 位自动重载计数器，该计数器由可编程预分频器驱动。它们可用于多种用途，包括测量输入信号的脉冲宽度（输入捕获）或生成输出波形（输出比较和 PWM）。

使用定时器预分频器和 RCC 时钟控制器预分频器，可将脉冲宽度和波形周期从几微秒调制到几毫秒。

这些定时器彼此完全独立，不共享任何资源。

TIM2 到 TIM5 主要特性

通用 TIMx 定时器具有以下特性：

- 16 位（TIM3 和 TIM4）或 32 位（TIM2 和 TIM5）递增、递减和递增/递减自动重载计数器。

- 16 位可编程预分频器，用于对计数器时钟频率进行分频（即运行时修改），分频系数介于 1 到 65536 之间。

- 多达 4 个独立通道，可用于：

- 输入捕获

- 输出比较

- PWM 生成（边沿和中心对齐模式）

- 单脉冲模式输出

- 使用外部信号控制定时器且可实现多个定时器互连的同步电路。

- 发生如下事件时生成中断/DMA 请求：

- 更新：计数器上溢/下溢、计数器初始化（通过软件或内部/外部触发）

- 触发事件（计数器启动、停止、初始化或通过内部/外部触发计数）

- 输入捕获

- 输出比较

- 支持定位用增量（正交）编码器和霍尔传感器电路

- 外部时钟触发输入或逐周期电流管理

1. 时钟源选择（左上角）

定时器的计数时钟（CK_PSC）可以来自多个源：

· 内部时钟（CK_INT）：来自 RCC 的 TIMxCLK，通常是 APB 总线时钟。
· 外部时钟模式2：通过 TIMx_ETR 引脚输入，经过极性和边沿检测、预分频器、输入滤波器后进入。
· 外部时钟模式1：来自 ITR0~ITR3（其他定时器的触发输出）或 TIIF_ED【它最特别的地方是：它不关心是上升沿还是下降沿，只要检测到任意一个边沿（即电平变化），就会产生一个脉冲。】（来自通道1的边沿检测）。
· 编码器接口：用于连接正交编码器，自动控制计数方向。

这些信号通过触发控制器和从模式控制，最终产生 CK_PSC 送入预分频器（PSC）。

---

2. 预分频器（PSC）与计数器（CNT）

· CK_PSC 经 PSC 分频后得到 CK_CNT，驱动 16位/32位计数器 CNT。
· 计数器可以向上、向下或中心对齐计数。
· 自动重载寄存器（ARR）保存计数上限，当 CNT 达到 ARR 时触发更新事件（U）。

---

3. 触发控制器（TRGO）

· 可以产生触发输出（TRGO），送给其它定时器、DAC 或 ADC，实现同步或级联。
· 触发源可以是：复位、使能、更新事件、边沿信号等。TRGO 是定时器向外部输出的一个触发信号，全称 Trigger Output。它的作用是：让这个定时器去同步或触发其他外设，比如另一个定时器、ADC或DAC。

常见的 TRGO 信号源

通过配置寄存器，你可以让 TRGO 在以下几种情况下产生脉冲：

1. 复位 (Reset)：当定时器计数器被复位时（例如从模式接收到复位信号）。
2. 使能 (Enable)：当定时器被使能开始计数时。
3. 更新 (Update)：当计数器溢出并重新从0开始计数时（即一个完整的PWM周期结束时）。这是最常用的模式，相当于输出一个"节拍"。
4. 比较匹配 (Compare)：当某个通道的输出比较匹配成功时（例如 CC1 事件）。
· 如图中所示，OC1REF 可作为 TRGO 的来源。
5. 边沿检测：当检测到某个输入引脚（如 TI1）有边沿变化时。

TRGO 的典型应用

1. 同步多个定时器（形成主从结构）

这是最经典的应用。比如需要两个定时器输出完全同步的PWM波，或者一个定时器作为另一个的预分频器。

· 主定时器：配置 TRGO 输出为"更新事件"（即每次溢出都触发）。
· 从定时器：配置为"外部时钟模式1"或"触发模式"，输入源选择对应的 ITRx（内部触发输入），ITR 信号内部就是连接其他定时器的 TRGO 的。

效果：主定时器每溢出一次，TRGO 输出一个脉冲，从定时器收到这个脉冲后，计数器就加一（或开始计数）。这样就实现了两个定时器的级联，可以延长定时范围或产生更复杂的时序。

2. 触发ADC/DAC进行精确转换

这常用于电机控制或开关电源。比如，在PWM周期的特定时刻（如电流采样点），需要立即启动ADC进行采样。

· 定时器：配置某个通道的输出比较（OC4REF）作为 TRGO 的源。当CNT达到CCR4时，TRGO 输出脉冲。
· ADC：配置为外部触发转换模式，触发源选择为该定时器的 TRGO。

效果：PWM波形输出的同时，硬件在指定时刻自动触发ADC，无需CPU干预，采样点非常精准。

---

4. 输入捕获与输出比较通道（右边 1/2/3/4）后面会详细讲解PWM的例子

图片右侧有 4 个独立的通道（OC1~OC4）：

· 输入捕获：通过 TI1FP1/2 等信号，记录外部事件时 CNT 的值。
· 输出比较：当 CNT 与比较寄存器匹配时，控制输出引脚（OC1）输出高低电平或 PWM 波形。
· 每个通道都有输入滤波、极性选择、边沿检测、预分频器，以及输出控制单元（极性、使能、PWM 模式等）。

我们来详细拆解通用定时器中输入捕获和输出比较通道的工作原理。图中每个通道（如通道1）的结构基本相同，但信号路径不同。

为方便理解，先区分两个关键信号：

· TIx：来自外部引脚（如TIMx_CH1）的原始输入信号。
· OCx：连接到外部引脚（如TIMx_CH1）的输出信号。

一个通道不能同时做输入捕获和输出比较，但可以通过寄存器配置切换功能。

---

一、输入捕获模式

目标：检测外部信号（如PWM、脉冲）的边沿，并记录下该时刻计数器的值（CNT），用于测量频率、脉宽等。

信号路径（以通道1为例）：

1. 输入引脚 → TI1
2. 输入滤波器：可设置采样频率和次数，滤除高频抖动。
3. 边沿检测与极性选择：选择上升沿、下降沿或双边沿触发。
4. 输入预分频器：可设置为每1、2、4、8个事件才捕获一次，避免过快中断。
5. 捕获寄存器（CCR1）：当有效边沿到来时，自动将当前 CNT 的值存入 CCR1。
6. 中断/DMA：触发捕获中断或DMA请求。

典型应用：

· 测量PWM周期与高电平时间：一个通道捕获上升沿（记录周期开始），另一个通道捕获下降沿（记录高电平结束），或同一通道切换边沿。
· 测量信号频率：连续两次上升沿的 CNT 差值 × 时钟周期 = 信号周期。

---

二、输出比较模式

目标：当计数器 CNT 与比较寄存器 CCR 匹配时，控制输出引脚产生电平翻转、置高、置低或PWM波形。

信号路径（以通道1为例）：

1. 设置比较值：写入 CCR1 寄存器。
2. 比较器：连续比较 CNT 与 CCR1。
3. 输出控制单元：根据比较结果和输出模式（PWM、强制输出、翻转等），生成中间信号 OC1REF。
4. 极性选择：最终输出 OC1 可以取反（高/低有效）。
5. 输出使能：控制引脚是否输出，还是复用为其它功能。

常见输出模式：

· PWM模式1/2：向上计数时，CNT < CCR 输出有效电平，否则无效电平，生成PWM波。
· 强制输出：忽略比较，直接固定为高或低。
· 翻转模式：每次匹配时翻转输出电平，可生成对称方波。

典型应用：

· 生成PWM波：占空比 = CCR / ARR，频率 = 时钟 / (PSC+1) / (ARR+1)。
· 输出单脉冲：配合从模式，在匹配时清零计数器，产生一个指定宽度的脉冲。
· 定时触发：匹配时触发中断或DMA，或从模式输出信号（TRGO）。

---

三、多通道的协作

· 最多4个通道：可同时用于不同任务，如通道1、2做输入捕获测量PWM，通道3做PWM输出。
· TI1FP1与TI1FP2：同一个引脚（TI1）的信号可以同时给通道1和通道2使用，但通道2需要配置边沿选择（比如TI1上升沿给通道1捕获周期，下降沿给通道2捕获脉宽）。
· 输出比较与输入捕获互斥：同一个通道不能同时做输入和输出，但不同通道之间独立。

---

四、图上小细节解读

· TI1F_ED：来自通道1的边沿检测信号（不分上升/下降），可作为触发控制器的源（比如复位计数器）。
· OC1REF：输出比较的参考信号（未极性处理前），实际引脚电平由 CCER 寄存器的极性位控制。
· 预分频器：在捕获输入路径上，减少捕获事件频率，避免CPU过载。
· 滤波器：可消除引脚上的毛刺，需设置采样频率和有效连续采样次数。

---

5. 编码器接口

· （了解）专门用于处理来自 A/B 相编码器的信号，自动增减 CNT，节省软件开销。

1. 硬件自动根据A、B两相脉冲的相位关系（谁先谁后）

· 背景：编码器旋转时，会输出A、B两路方波信号，这两路信号形状一样，但存在90°的相位差。
· 谁先谁后：旋转方向不同，这个90°的相位差方向就不同。
· 正转：A相领先 B相 90°。意思是，当A相从0跳变到1（上升沿）时，B相此时还是0。
· 反转：A相滞后 B相 90°。意思是，当A相从0跳变到1（上升沿）时，B相此时已经是1。
· 硬件怎么检测：编码器接口会同时盯着A和B的信号。它通过一个简单的逻辑来判断：当某一边沿发生时，看另一个信号是0还是1。

2. 直接得出旋转的方向和速度

· 得出方向：根据上面“谁先谁后”的规则，硬件在每检测到一个边沿时，就能立刻、肯定地知道电机是正转还是反转。这完全由硬件逻辑门电路完成，速度极快。
· 得出速度：速度信息体现在边沿产生的快慢上。转得越快，A、B信号的边沿就出现得越密集。硬件虽然不直接输出“每秒100转”这样的数值，但它通过产生计数脉冲的频率告诉了你速度。

3. 并自动更新计数器的值

这是最关键的动作。硬件得出方向后，会直接去控制计数器：

· 如果正转：每来一个有效的边沿，硬件就让计数器 CNT = CNT + 1（递增）。
· 如果反转：每来一个有效的边沿，硬件就让计数器 CNT = CNT - 1（递减）。

举个最直观的例子

想象一个音量旋钮（编码器），你顺时针拧（正转）：

1. 动作：A相信号领先。
2. 硬件：检测到这个相位关系。
3. 结果：硬件将计数器 CNT 从 100 变成 101，再变成 102……
4. 软件视角：CPU 只需要每隔一段时间去读一下 CNT 的值。它发现 CNT 从 100 涨到了 120。CPU 立刻就知道：“哦，旋钮被顺时针拧了20格，我要把音量调大20个单位。”

总结

这句话的核心就是告诉你：这个苦活、累活、要求反应极快的活（解码A/B信号并换算成位置），已经被定时器的编码器接口硬件全包了。

软件（CPU）根本不用去管A、B信号谁先谁后、现在是上升沿还是下降沿，它只需要最后去 “看一眼” 计数器 CNT 这个最终结果就行了。这极大地简化了程序，并提高了响应速度。

---

6. 注意点（图片底部）

· 通常提醒：不同定时器（如 TIM2~TIM5 与 TIM1/8 高级定时器）的框图细节略有差异，比如刹车、互补输出等只在高级定时器中存在。

五.通用定时器（配置过程）

六.PWM输出

认识PWM：简称脉冲宽度调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的。

基本知识：

PWM的频率就是1秒钟内信号从高到低再到高，就是1秒钟有多少个周期。

占空比是高电平占整个周期时间的比例单位%

模拟图：

由于在同一个通道不能同时输入与输出。所以：

芯片说明书（参考）：

注意：PWM的两个模式。

画红圈的地方是要求三者为一时才回去更新影子寄存器。条件为：

注意：CC1P处的TIMx_CCER位的高低电平，高电平是走上面的0的路，低电平时走下面的路。

PWM中断：

当 TIMx_CNT = TIMx_CCR1 时，TIMx_SR 寄存器“捕获/比较中断标志(CC1IF)”置 1，如果 CC1 中断使能还会触发捕获/比较中断。

当计数器发生溢出时，如果 TIMx_CR1 寄存器 UDIS 为 0 允许 UEV 更新，“更新中断标志(UIF)”置 1，如果 UE 中断使能还会触发更新中断。

状态标志	中断控制	状态名称	含义
CCxF	CCxIE	捕获/比较x中断标志	决定PWM占空比
UIF	UIE	更新中断标志	决定PWM频率

七.PWM风扇控制

流程图：

配置引脚：

未显示的保持默认：

时钟16MHZ

核心代码：

解释：第一行代码是比较用的（计数器的数与比较寄存器的数比较）三个参数分别是时钟器3和输出通道，占空比。

八.通用定时器之输入脉宽捕获原理

一般来说是递增计数。

1.捕获事件可以有两种产生方式：1.通过软件产生，将CCxG位置1，软件生成捕获事件，2.硬件产生，当输入通道检测到与设置的极性相同的边沿时。

2.捕获影子寄存器的值更新到捕获寄存器，需要同时满足2个条件：1.没有正在读捕获寄存器、2.当前通道模式为输入模式。

输入中断：

当CH通道发生输入捕获时“捕获/比较标志CC1IF”会置1，如果CC1中断使能还会触发捕获/比较中断。
当计数器发生溢出时，如果TIMx_CR1寄存器UDIS为0允许UEV更新，“更新中断标志(UIF)”置1，如果UIE中断使能还会触发更新中断。

状态标志	中断控制	状态名称	含义
CCxF	CCxIE	捕获/比较x中断标志	发生捕获事件
UIF	UIE	更新中断标志	计数器溢出

可以再中断中去处理一些事件。

九.脉宽捕获

流程图：

配置引脚：

注意：不是Rising Edge而是Faling Edge.

时钟16MHZ。

串口打开（USART6）。

核心代码：

括：查看次数

十.通用定时器之输入脉冲计数

从模式：

1.从模式：复位模式

当触发输入信号发生变化时，计数器及其预分频器可重新初始化。此外，如果 TIMx_CR1 寄存器中的 URS 位处于低电平，则会生成更新事件 UEV。然后，所有预装载寄存器（TIMx_ARR 和 TIMx_CCRx）都将更新。

在以下示例中，TI1 输入上出现上升沿时，递增计数器清零：

- 将通道 1 配置为检测 TI1 的上升沿。配置输入滤波时间（本例中不需要任何滤波，因此保持 IC1F=0000）。由于捕获预分频器不用于触发操作，因此无需对其进行配置。CC1S 位只选择输入捕获源，即 TIMx_CCMR1 寄存器中的 CC1S = 01。在 TIMx_CCER 寄存器中写入 CC1P=0 和 CC1NP=0，验证极性（仅检测上升沿）。

- 在 TIMx_SMCR 寄存器中写入 SMS=100，将定时器配置为复位模式。在 TIMx_SMCR 寄存器中写入 TS=101，选择 TI1 作为输入源。

- 在 TIMx_CR1 寄存器中写入 CEN=1，启动计数器。

计数器使用内部时钟计数，然后正常运转，直到出现 TI1 上升沿。当 TI1 出现上升沿时，计数器清零，然后重新从 0 开始计数。同时，触发标志（TIMx_SR 寄存器中的 TIF 位）置 1，使能中断或 DMA 后，还可发送中断或 DMA 请求（取决于 TIMx_DIER 寄存器中的 TIE 和 TDE 位）。

2.从模式：门控模式

输入信号的电平可用来使能计数器。

在以下示例中，递增计数器仅在 TI1 输入为低电平时计数：

- 将通道 1 配置为检测 TI1 上的低电平。配置输入滤波时间（本例中不需要任何滤波，因此保持 IC1F=0000）。由于捕获预分频器不用于触发操作，因此无需对其进行配置。CC1S 位只选择输入捕获源，即 TIMx_CCMR1 寄存器中的 CC1S=01。在 TIMx_CCER 寄存器中写入 CC1P=1，以确定极性（仅检测低电平）。

- 在 TIMx_SMCR 寄存器中写入 SMS=101，将定时器配置为门控模式。在 TIMx_SMCR 寄存器中写入 TS=101，选择 TI1 作为输入源。

- 在 TIMx_CR1 寄存器中写入 CEN=1，使能计数器（在门控模式下，如果 CEN=0，则无论触发输入电平如何，计数器都不启动）。

只要 TI1 为低电平，计数器就开始根据内部时钟计数，直到 TI1 变为高电平时停止计数。计数器启动或停止时，TIMx_SR 寄存器中的 TIF 标志都会置 1。

3.从模式：触发模式

所选输入上发生某一事件时可以启动计数器。

在以下示例中，TI2 输入上出现上升沿时，递增计数器启动：

- 将通道 2 配置为检测 TI2 上的上升沿。配置输入滤波时间（本例中不需要任何滤波，因此保持 IC2F=0000）。由于捕获预分频器不用于触发操作，因此无需对其进行配置。CC2S 位只选择输入捕获源，即 TIMx_CCMR1 寄存器中的 CC2S=01。在 TIMx_CCER 寄存器中写入 CC2P=1，以确定极性（仅检测低电平）。

- 在 TIMx_SMCR 寄存器中写入 SMS=110，将定时器配置为触发模式。在 TIMx_SMCR 寄存器中写入 TS=110，选择 TI2 作为输入源。

当 TI2 出现上升沿时，计数器开始根据内部时钟计数，并且 TIF 标志置 1。