[stm32] STM32的通用定时器TIMx系统了解

只看该作者 · 2020-1-1 17:48

通用定时器(TIMx)

一、TIMx简介

二、TIMx主要功能

三、TIMx功能描述

3.1 时基单元

3.2 计数器模式

3.3 时钟选择

3.4 捕获/比较通道

3.5 输入捕获模式

3.6 PWM输入模式

3.7 强置输出模式

3.8 输出比较模式

3.9 PWM 模式

3.10 单脉冲模式

四、简单例子理解TIMx

4.1 使得PB5-TIM3通道2产生频率为12.5Hz的方波，该方波控制LED1的闪烁

4.2 周期控制通用定时器3的2通道，实现1KHz的不同占空比波形，控制LED实现呼吸灯

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一、TIMx简介

　　通用定时器是一个通过可编程预分频器驱动的16位自动装载计数器构成。它适用于多种场合，包括测量输入信号的脉冲长度(输入捕获)或者产生输出波形(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，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。每个定时器都是完全独立的，没有互相共享任何资源。它们可以一起同步操作。

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二、TIMx主要功能

　　通用TIMx (TIM2、 TIM3、 TIM4和TIM5)定时器功能包括：

● 16位向上、向下、向上/向下自动装载计数器
● 16位可编程(可以实时修改)预分频器，计数器时钟频率的分频系数为1 ～65536之间的任意数值
● 4个独立通道：
─ 输入捕获
─ 输出比较
─ PWM生成(边缘或中间对齐模式)
─ 单脉冲模式输出
● 使用外部信号控制定时器和定时器互连的同步电路
● 如下事件发生时产生中断/DMA：
─ 更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)
─ 触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)
─ 输入捕获
─ 输出比较
● 支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路
● 触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1 通用定时器框图
注：
Reg：根据控制位的设定，在U事件时传送预加载寄存器的内容至工作寄存器
斜向下的箭头：事件
斜向上的箭头：中断和DMA输出

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三、TIMx功能描述

3.1 时基单元

　　可编程通用定时器的主要部分是一个16位计数器和与其相关的自动装载寄存器。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，在计数器运行时仍可以读写。

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)

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　　自动装载寄存器是预先装载的，写或读自动重装载寄存器将访问预装载寄存器。根据在TIMx_CR1 寄存器中的自动装载预装载使能位(ARPE)的设置，预装载寄存器的内容被立即或在每次的更新事件UEV时传送到影子寄存器。当计数器达到溢出条件(向下计数时的下溢条件)并当TIMx_CR1 寄存器中的UDIS位等于’0’时，产生更新事件。更新事件也可以由软件产生。随后会详细描述每一种配置下更新事件的产生。

计数器由预分频器的时钟输出CK_CNT驱动，仅当设置了计数器TIMx_CR1 寄存器中的计数器使能位(CEN)时， CK_CNT才有效。
注：真正的计数器使能信号CNT_EN是在CEN的一个时钟周期后被设置。

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　　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。它是基于一个(在TIMx_PSC寄存器中的)16位寄存器控制的16位计数器。这个控制寄存器带有缓冲器，它能够在工作时被改变。新的预分频器参数在下一次更新事件到来时被采用。（图2和图3给出了在预分频器运行时，更改计数器参数的例子。）

　　　　　　　　　　　图2 当预分频器的参数从1 变到2时，计数器的时序图

　　　　　　　　　　图3 当预分频器的参数从1 变到4时，计数器的时序图

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3.2 计数器模式

3.2.1 向上计数模式

　　在向上计数模式中，计数器从0计数到自动加载值(TIMx_ARR计数器的内容)，然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。
　　每次计数器溢出时可以产生更新事件，在TIMx_EGR寄存器中(通过软件方式或者使用从模式控制器)设置UG位也同样可以产生一个更新事件。
　　设置TIMx_CR1 寄存器中的UDIS位，可以禁止更新事件；这样可以避免在向预装载寄存器中写入新值时更新影子寄存器。在UDIS位被清’0’之前，将不产生更新事件。但是在应该产生更新事件时，计数器仍会被清’0’，同时预分频器的计数也被请0(但预分频系数不变)。此外，如果设置了 TIMx_CR1 寄存器中的URS位(选择更新请求)，设置UG位将产生一个更新事件UEV，但硬件不设置UIF标志(即不产生中断或DMA请求)；这是为了避免在捕获模式下清除计数器时，同时产生更新和捕获中断。
　　当发生一个更新事件时，所有的寄存器都被更新，硬件同时(依据 URS 位)设置更新标志位(TIMx_SR寄存器中的UIF位)。

● 预分频器的缓冲区被置入预装载寄存器的值(TIMx_PSC寄存器的内容)。
● 自动装载影子寄存器被重新置入预装载寄存器的值(TIMx_ARR)。

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下图给出一些例子，当TIMx_ARR=0x36时计数器在不同时钟频率下的动作。

　　　　　　　　　　　　　　图4 计数器时序图，内部时钟分频因子为1

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　　　　　　　　　　　　　图5 计数器时序图，内部时钟分频因子为2

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　　　　　　　　　　　　图6 计数器时序图，内部时钟分频因子为4

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　　　　　　　　　　　　图7 计数器时序图，内部时钟分频因子为N

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　　　　　　　　图8 计数器时序图，当ARPE=0时的更新事件(TIMx_ARR没有预装入)

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　　　　　　　　图9 计数器时序图，当ARPE=1 时的更新事件(预装入了TIMx_ARR)

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3.2.2 向下计数模式

　　在向下模式中，计数器从自动装入的值(TIMx_ARR计数器的值)开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始并且产生一个计数器向下溢出事件。
　　每次计数器溢出时可以产生更新事件，在TIMx_EGR寄存器中(通过软件方式或者使用从模式控制器)设置UG位，也同样可以产生一个更新事件。
　　设置TIMx_CR1 寄存器的UDIS位可以禁止UEV事件。这样可以避免向预装载寄存器中写入新值时更新影子寄存器。因此UDIS位被清为’0’之前不会产生更新事件。然而，计数器仍会从当前自动加载值重新开始计数，同时预分频器的计数器重新从0开始(但预分频系数不变)。
　　此外，如果设置了 TIMx_CR1 寄存器中的URS位(选择更新请求) ，设置UG位将产生一个更新事件UEV但不设置UIF标志(因此不产生中断和DMA请求)，这是为了避免在发生捕获事件并清除计数器时，同时产生更新和捕获中断。
　　当发生更新事件时，所有的寄存器都被更新，并且(根据URS位的设置)更新标志位(TIMx_SR寄存器中的UIF位)也被设置。

● 预分频器的缓存器被置入预装载寄存器的值(TIMx_PSC寄存器的值)。
● 当前的自动加载寄存器被更新为预装载值(TIMx_ARR寄存器中的内容)。

注：自动装载在计数器重载入之前被更新，因此下一个周期将是预期的值。

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以下是一些当TIMx_ARR=0x36时，计数器在不同时钟频率下的操作例子。

　　　　　　　　　　　　图10 计数器时序图，内部时钟分频因子为1

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　　　　　　　　　　　　图11 计数器时序图，内部时钟分频因子为2

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　　　　　　　　　　　　图12 计数器时序图，内部时钟分频因子为4

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　　　　　　　　　　　　图13 计数器时序图，内部时钟分频因子为N

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　　　　　　　　　　图14 计数器时序图，当没有使用重复计数器时的更新事件

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3.2.3 中央对齐模式(向上/向下计数)

　　在中央对齐模式，计数器从0开始计数到自动加载的值(TIMx_ARR寄存器)−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。
　　在这个模式，不能写入TIMx_CR1 中的DIR方向位。它由硬件更新并指示当前的计数方向。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(软件或者使用从模式控制器)设置TIMx_EGR寄存器中的UG位产生更新事件。然后，计数器重新从0开始计数，预分频器也重新从0开始计数。
　　设置TIMx_CR1 寄存器中的UDIS位可以禁止UEV事件。这样可以避免在向预装载寄存器中写入新值时更新影子寄存器。因此UDIS位被清为’0’之前不会产生更新事件。然而，计数器仍会根据当前自动重加载的值，继续向上或向下计数。
　　此外，如果设置了 TIMx_CR1 寄存器中的URS位(选择更新请求) ，设置UG位将产生一个更新事件UEV但不设置UIF标志(因此不产生中断和DMA请求)，这是为了避免在发生捕获事件并清除计数器时，同时产生更新和捕获中断。
　　当发生更新事件时，所有的寄存器都被更新，并且(根据URS位的设置)更新标志位(TIMx_SR寄存器中的UIF位)也被设置。

● 预分频器的缓存器被加载为预装载(TIMx_PSC寄存器)的值。
● 当前的自动加载寄存器被更新为预装载值(TIMx_ARR寄存器中的内容)。

注：如果因为计数器溢出而产生更新，自动重装载将在计数器重载入之前被更新，因此下一个周期将是预期的值(计数器被装载为新的值)。