筆記整理自B站UP主江科大自化協(xié)教程《STM32入門教程-2023持續(xù)更新中》，所用單片機(jī)也為教程推薦單片機(jī)。

大致內(nèi)容

第一部分：定時(shí)器基本定時(shí)的功能，定時(shí)器每隔這個(gè)時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)中斷，來實(shí)現(xiàn)每隔一個(gè)固定時(shí)間執(zhí)行一段程序的目的，比如要做一個(gè)時(shí)鐘、秒表或者使用一些程序算法的時(shí)候都需要用到定時(shí)中斷這個(gè)功能

第二部分：定時(shí)器輸出比較的功能，最常見的用途就是產(chǎn)生PWM波形，用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)等設(shè)備

第三部分：定時(shí)器輸入捕獲的功能，使用輸入buhuo這個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)測(cè)量方波頻率的例子

第四部分：定時(shí)器的編碼器接口，使用編碼器接口能夠更加方便地讀取正交編碼器的輸出波形，在編碼電機(jī)測(cè)速中，應(yīng)用廣泛

使用定時(shí)器的外部時(shí)鐘，可以提供一個(gè)更加精準(zhǔn)的時(shí)鐘來計(jì)時(shí)或者也可以把外部時(shí)鐘當(dāng)做一個(gè)計(jì)數(shù)器，用來統(tǒng)計(jì)引腳上電平翻轉(zhuǎn)的次數(shù)。

TIM簡(jiǎn)介

• TIM（Timer）定時(shí)器，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

當(dāng)計(jì)數(shù)器的輸入時(shí)一個(gè)準(zhǔn)確可靠的基準(zhǔn)時(shí)鐘（STM32中一般都是主頻72MHz）的時(shí)候，在對(duì)這個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)的過程，實(shí)際上就是計(jì)時(shí)的過程。

如果對(duì)72MHz計(jì)72個(gè)數(shù)，那就是1MHz即1us的時(shí)間；如果計(jì)72000個(gè)數(shù)，那就是1KHz即1ms的時(shí)間

• 16位的計(jì)數(shù)器、預(yù)分頻器、自動(dòng)重裝寄存器的時(shí)基單元（最核心的部分），在72MHz計(jì)數(shù)時(shí)鐘下可以實(shí)現(xiàn)最大59.65s的定時(shí)

計(jì)數(shù)器：用來執(zhí)行計(jì)數(shù)定時(shí)的一個(gè)寄存器，每來一個(gè)時(shí)鐘，計(jì)數(shù)器加1

預(yù)分頻器：可以對(duì)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘進(jìn)行分頻，讓這個(gè)計(jì)數(shù)更加靈活

自動(dòng)重裝寄存器：計(jì)數(shù)的目標(biāo)值，即想要計(jì)多少個(gè)時(shí)鐘申請(qǐng)中斷

72M/65536/65536得到中斷頻率，取到數(shù)即為59.65s

STM32定時(shí)器支持級(jí)聯(lián)的模式，也就是一個(gè)定時(shí)器的輸出當(dāng)做另一個(gè)定時(shí)器的輸入，這樣最大定時(shí)時(shí)間：59.65*65536*65536

• 不僅具備基本的定時(shí)中斷功能，而且還包含內(nèi)外時(shí)鐘源選擇、輸入捕獲、輸出比較、編碼器接口、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)景分為了高級(jí)定時(shí)器（最復(fù)雜）、通用定時(shí)器、基本定時(shí)器三種類型。

定時(shí)器類型

• STM32F103C8T6定時(shí)器資源：TIM1、TIM2、TIM3、TIM4（沒有基本定時(shí)器）

基本定時(shí)器

基本定時(shí)器只能選擇內(nèi)部時(shí)鐘

預(yù)分頻器

寫0：不分頻或者一分頻，輸出頻率=輸入頻率=72MHz；

寫1：二分頻，輸出頻率=輸入頻率/2=36MHz;

寫2：三分頻，輸出頻率=輸入頻率/3=24MHz；

概括歸納：實(shí)際分頻系數(shù) = 預(yù)分頻器的值 + 1

預(yù)分頻器是16位的，所以最大值可以寫65535，也就是65536分頻

計(jì)數(shù)器

可以對(duì)預(yù)分頻后的計(jì)數(shù)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)時(shí)鐘每來一個(gè)上升沿計(jì)數(shù)器的值就+1，計(jì)數(shù)器也是16位的，里面的值可以從0~65535

UI（向上箭頭）

計(jì)數(shù)值等于自動(dòng)重裝值產(chǎn)生的中斷——更新中斷；

U（向下箭頭）

會(huì)產(chǎn)生一個(gè)事件——更新事件

更新事件不會(huì)觸發(fā)中斷，但可以觸發(fā)內(nèi)部其他電路的工作

主模式觸發(fā)DAC功能

它能讓內(nèi)部的硬件在不受程序的控制下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行

使用DAC的時(shí)候，可能會(huì)用DAC輸出一段波形，就需要每隔一段時(shí)間來觸發(fā)一次DAC，讓它輸出下一個(gè)電壓點(diǎn)，通過把定時(shí)器的更新事件映射到這個(gè)觸發(fā)輸出TRGO（Trigger Out）的位置，這樣定時(shí)器的更新就不需要通過中斷來觸發(fā)DAC轉(zhuǎn)換了，整個(gè)過程不需要軟件的參與，實(shí)現(xiàn)了硬件的自動(dòng)化。

通用定時(shí)器

對(duì)于通用定時(shí)器而言，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模式就不止向上計(jì)數(shù)一種，還有向下計(jì)數(shù)模式和中央對(duì)齊模式。

中央對(duì)齊模式：先向上自增，計(jì)到重裝值，申請(qǐng)中斷，然后再向下自減，減到0，申請(qǐng)中斷，一次循環(huán)...

ITR0~3：可用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)器的級(jí)聯(lián)，比如可以先初始化TIM3，然后使用主模式把它的更新事件映射到TRGO上，再初始化TIM2，選擇TIR2，對(duì)應(yīng)就是TIM3的TRGO，再選擇時(shí)鐘為外部時(shí)鐘模式1（TRGI），這樣TIM3的更新事件就可以驅(qū)動(dòng)TIM2的時(shí)基單元

TI1F_ED：ED（edge邊沿）

外部時(shí)鐘模式1

輸入可以是ETR引腳（外部時(shí)鐘）、其他定時(shí)器、CH1引腳的邊沿、CH1引腳和CH2引腳

外部時(shí)鐘模式2

定時(shí)器主模式輸出

輸出比較電路

可以用于輸出PWM波形，驅(qū)動(dòng)電機(jī)

輸入捕獲電路

可以用于測(cè)量輸入方波的頻率

高級(jí)定時(shí)器

相對(duì)于通用定時(shí)器增加的部分

可以實(shí)現(xiàn)每隔幾個(gè)計(jì)數(shù)周期，才發(fā)生一次更新事件和更新中斷（相當(dāng)于對(duì)輸出的更新信號(hào)又做了一次分頻），59.65*65536s

DTG（Dead Time Generate）死區(qū)生成電路

可以輸出一對(duì)互補(bǔ)的PWM波（對(duì)比通用定時(shí)器），為了驅(qū)動(dòng)三相無刷電機(jī)（四軸飛行器、電動(dòng)車的后輪、電鉆等）因?yàn)槿酂o刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路一般需要3個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂兩個(gè)大功率開關(guān)管來控制，總共需要6個(gè)大功率開關(guān)管，所以這里的輸出PWM引腳的前三路就變?yōu)榱嘶パa(bǔ)的輸出，為了防止互補(bǔ)輸出的PWM驅(qū)動(dòng)橋臂時(shí)，在開關(guān)切換的瞬間，由于器件的不理想，造成短暫的直通現(xiàn)象，所以前面就加上了死區(qū)生成電路，在開關(guān)切換的瞬間，產(chǎn)生一定時(shí)長(zhǎng)的地區(qū)，讓橋臂的上下管全都關(guān)斷，防止直通現(xiàn)象。

為了給電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供安全保障的，如果外部引腳BKIN（Break IN）產(chǎn)生了剎車信號(hào)，或者內(nèi)部時(shí)鐘失效，產(chǎn)生了故障，那么控制電路就會(huì)自動(dòng)切斷電機(jī)的輸出，防止意外的發(fā)生。

定時(shí)中斷基本結(jié)構(gòu)圖

PSC：Prescaler預(yù)分頻器

CNT：Counter計(jì)數(shù)器

ARR：AutoReloadRegister自動(dòng)重裝定時(shí)器

中斷輸出控制：中斷輸出的允許位，如果需要某個(gè)中斷就允許一下

預(yù)分頻器時(shí)序

CK_PSC：預(yù)分頻器的輸入時(shí)鐘

CNT_EN：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

CN_CNT：計(jì)數(shù)器時(shí)鐘輸入，也是預(yù)分頻器的時(shí)鐘輸出

根據(jù)上圖可以推斷ARR自動(dòng)重裝值就是FC

預(yù)分頻緩沖器：影子寄存器（可以看通用定時(shí)器高級(jí)定時(shí)器那張圖，方框帶有陰影的都是影子寄存器），這是真正起作用的寄存器

比如在某個(gè)時(shí)刻，把預(yù)分頻控制寄存器由0改成1，如果在此時(shí)立刻改變時(shí)鐘的分頻系數(shù)，會(huì)導(dǎo)致在一個(gè)計(jì)數(shù)周期內(nèi)，前半部分和后半部分的頻率不一致，不太嚴(yán)謹(jǐn)；這個(gè)預(yù)分頻緩沖器，就是當(dāng)在計(jì)數(shù)計(jì)到一半的時(shí)候改變了分頻值，這個(gè)變化并不會(huì)立刻生效，而是會(huì)等到本次計(jì)數(shù)周期結(jié)束時(shí)，產(chǎn)生了更新事件，預(yù)分頻控制寄存器的值才會(huì)被傳送到預(yù)分頻緩沖器中，才會(huì)生效。

• 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)頻率：CK_CNT = CK_PSC / (PSC + 1)

計(jì)數(shù)器時(shí)序

CK_INT：內(nèi)部時(shí)鐘72MHz

• 計(jì)數(shù)器溢出頻率：CK_CNT_OV = CK_CNT / (ARR + 1) = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)

CK_PSC=72MHz

取倒數(shù)即為溢出時(shí)間

計(jì)數(shù)器無預(yù)裝時(shí)序

沒有緩沖寄存器的情況

計(jì)數(shù)器有預(yù)裝時(shí)序

有緩沖寄存器的情況

引入影子寄存器的目的：為了同步，讓值的變化和更新事件同步，防止在運(yùn)行途中更改造成錯(cuò)誤

RCC時(shí)鐘樹

用來產(chǎn)生和配置時(shí)鐘，并且把配置好的時(shí)鐘發(fā)送到各個(gè)外設(shè)的系統(tǒng)

程序中主函數(shù)之前還會(huì)執(zhí)行一個(gè)SystemInit函數(shù)，這個(gè)函數(shù)就是用來配置整個(gè)時(shí)鐘樹的

左半邊是時(shí)鐘產(chǎn)生電路；右半邊是時(shí)鐘分配電路

SYSCLK：系統(tǒng)時(shí)鐘72MHz

時(shí)鐘產(chǎn)生電路有四個(gè)震蕩源，分別是內(nèi)部8MHz高速RC振蕩器、外部的4~16MHz高速石英晶體振蕩器（晶振一般都是接8MHz）、外部的32.768KHz的低速晶振（一般是給RTC提供時(shí)鐘）、內(nèi)部的40KHz低速RC振蕩器（給看門狗提供時(shí)鐘）

兩個(gè)高速晶振是用來提供系統(tǒng)時(shí)鐘，AHB、APB1、APB2的時(shí)鐘都是來源于這兩個(gè)高速晶振

PLL：鎖相環(huán)，8MHz倍頻9倍，得到72MHz，等到鎖相環(huán)輸出穩(wěn)定后選擇鎖相環(huán)輸出為系統(tǒng)時(shí)鐘

一開始是內(nèi)部8MHz提供系統(tǒng)時(shí)鐘，后鎖相環(huán)輸出為系統(tǒng)時(shí)鐘，由8MHz切換為72MHz，這是ST配置的流程。

CSS：Clock Security System 時(shí)鐘安全系統(tǒng)，負(fù)責(zé)切換時(shí)鐘，可以監(jiān)測(cè)外部時(shí)鐘的運(yùn)行狀態(tài)，一旦外部時(shí)鐘失效，就會(huì)自動(dòng)把外部時(shí)鐘切換回內(nèi)部時(shí)鐘，保證系統(tǒng)時(shí)鐘的運(yùn)行，防止程序卡死造成事故，高級(jí)定時(shí)器中也有CSS。

APB1總線的時(shí)鐘：72MHz/2=36MHz

無論基本定時(shí)器、通用定時(shí)器、高級(jí)定時(shí)器的內(nèi)部基準(zhǔn)時(shí)鐘都是72MHz

外設(shè)時(shí)鐘配置就是指我們程序中配置時(shí)鐘

定時(shí)中斷代碼講解（定時(shí)器定時(shí)中斷變量++為例）

第一步：RCC開啟時(shí)鐘

第二步：選擇時(shí)基單元的時(shí)鐘源

第三步：配置時(shí)基單元

第四步：配置輸出中斷控制，允許更新中斷輸出到NVIC

第五步：配置NVIC，在NVIC中打開定時(shí)器中斷的通道，并分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)

第六步：運(yùn)行控制，使能計(jì)數(shù)器

上述步驟可參考定時(shí)器中斷基本結(jié)構(gòu)圖：

先來看一下定時(shí)器的庫(kù)函數(shù)，stm32f10x_tim.h

TIM_DeInit——恢復(fù)缺省配置

TIM_TimeBaseInit——時(shí)基單元初始化

TIM_TimeBaseStructInit——給結(jié)構(gòu)體變量賦一個(gè)默認(rèn)值

TIM_Cmd——使能計(jì)數(shù)器，對(duì)應(yīng)圖中的運(yùn)行控制

TIM_ITConfig——用來使能中斷輸出信號(hào)，對(duì)應(yīng)圖中的中斷輸出控制

TIM_InternalClockConfig——選擇內(nèi)部時(shí)鐘

TIM_ITRxExternalClockConfig——選擇ITRx其他定時(shí)器的時(shí)鐘

TIM_TIxExternalClockConfig——選擇TIx捕獲通道的時(shí)鐘

TIM_ETRClockMode1Config——選擇ETR通過外部時(shí)鐘模式1輸入的時(shí)鐘

Polarity——極性、Filter——濾波器

TIM_ETRClockMode2Config——選擇ETR通過外部時(shí)鐘模式2輸入的時(shí)鐘

TIM_ETRConfig——單獨(dú)用來配置ETR引腳的預(yù)分頻器、極性、濾波器這些參數(shù)的

TIM_PrescalerConfig——單獨(dú)用來寫預(yù)分頻值的

TIM_CounterModeConfig——用來改變計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模式

TIM_ARRPreloadConfig——自動(dòng)重裝器預(yù)裝功能配置，前面提到過有預(yù)裝和無預(yù)裝

TIM_SetCounter——給計(jì)數(shù)器寫入一個(gè)值

TIM_SetAutoreload——給自動(dòng)重裝器寫入一個(gè)值

TIM_GetCounter——獲取當(dāng)前計(jì)數(shù)器的值，如果想看這個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)到哪里了可以調(diào)用這個(gè)函數(shù)

TIM_GetPrescaler——獲取當(dāng)前預(yù)分頻器的值

TIM_GetFlagStatus、TIM_ClearFlag、TIM_GetITStatus、TIM_ClearITPendingBit——獲取標(biāo)志位和清除標(biāo)志位，講外部中斷的時(shí)候也提到過，不知道的可以參考那一節(jié)

第一步——開啟時(shí)鐘

注意這里是APB1

第二步——選擇時(shí)基單元的時(shí)鐘

選擇為內(nèi)部時(shí)鐘，當(dāng)然定時(shí)器上電后默認(rèn)使用內(nèi)部時(shí)鐘，不寫這一行也行

第三步——配置時(shí)基單元

TIM_ClockDivision

• 之前有提到過濾波器可以濾掉信號(hào)抖動(dòng)干擾，如果工作呢？

就是在一個(gè)固定的是時(shí)鐘頻率f下對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，如果連續(xù)N個(gè)采樣點(diǎn)都為相同的電平，那就代表輸入信號(hào)穩(wěn)定，把采樣值輸出，如果這N個(gè)采樣值不全相同，那就說明信號(hào)有抖動(dòng)，這時(shí)就保持上一次的輸出或者直接輸出低電平，這樣就能保證輸出信號(hào)在一定程度上的濾波，這里的采樣頻率f和采樣點(diǎn)數(shù)N都是濾波器的參數(shù)，頻率越低采樣點(diǎn)數(shù)越多，那濾波效果就越好，不過相應(yīng)的信號(hào)延遲就越大。

• 采樣頻率f從哪來？

內(nèi)部時(shí)鐘直接而來，也可以是由內(nèi)部時(shí)鐘加一個(gè)時(shí)鐘分頻而來，那分頻多少由TIM_ClockDivision函數(shù)決定

TIM_CounterMode

向上計(jì)數(shù)、向下計(jì)數(shù)、三種中央對(duì)齊的計(jì)數(shù)模式

TIM_Period

周期，ARR自動(dòng)重裝器的值

TIM_Prescaler

PSC，預(yù)分頻器的值

TIM_RepetitionCounter

重復(fù)計(jì)數(shù)器的值，這個(gè)是高級(jí)定時(shí)器才有的，這里不需要用，直接給0

定1s的時(shí)間如何配置參數(shù)呢？

公式：計(jì)數(shù)器溢出頻率：CK_CNT_OV = CK_CNT / (ARR + 1) = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)

定時(shí)1s->定時(shí)頻率1Hz

套用公式，比如PSC = 7200 - 1，ARR = 10000 - 1

72MHz / 7200 / 10000 = 1Hz

注意PSC和ARR的取值在0~65535之間

PSC和ARR的取值不是唯一的，可以預(yù)分頻給少點(diǎn)，自動(dòng)重裝給多點(diǎn)，這樣就是以一個(gè)比較高的頻率（時(shí)間短）計(jì)比較多的數(shù)；也可以預(yù)分頻給多點(diǎn)，自動(dòng)重裝給少點(diǎn)，這樣就是以一個(gè)比較低的頻率（時(shí)間長(zhǎng)）計(jì)比較少的數(shù)

第四步——使能更新中斷

開啟了更新中斷到NVIC的通路

第五步——配置NVIC

具體解釋可以參考外部中斷那一節(jié)

第六步——啟動(dòng)定時(shí)器

代碼分析

可以通過這個(gè)函數(shù)看一下計(jì)數(shù)器的值，我們這里是0~9999變化的，對(duì)應(yīng)了之前代碼中的TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000 - 1;

中斷函數(shù)代碼部分

中斷函數(shù)名都是規(guī)定好的，啟動(dòng)文件中找，startup_stm32f10x_md.s

定時(shí)中斷代碼講解（定時(shí)器外部時(shí)鐘端口PA0為例）

上一部分代碼理解了，這一部分就可以在上一部分的代碼上稍作更改

第一步——開啟時(shí)鐘

第二部——配置GPIO

表格中給的是浮空輸入，這里建議用上拉輸入

如果外部的輸入信號(hào)功率很小，內(nèi)部的上拉電阻可能會(huì)影響到這個(gè)輸入信號(hào)，這時(shí)可用浮空輸入，防止影響外部輸入的電平。

第三步——選擇時(shí)基單元的時(shí)鐘

這和之前不一樣，這里就是來源于外部時(shí)鐘了

第二個(gè)參數(shù)：外部觸發(fā)預(yù)分頻器，TIM_ExtTRGPSC_OFF不需要分頻

第三個(gè)參數(shù)：外部觸發(fā)的極性，TIM_ExtTRGPolarity_Inverted反向（低電平或者下降沿有效）；TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted不反向（高電平或者上升沿有效）

第四個(gè)參數(shù)：外部觸發(fā)濾波器，之前第三步講時(shí)基單元的時(shí)候有介紹過濾波器，就是以采用頻率f采樣N個(gè)點(diǎn)，具體怎樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系看手冊(cè)：

寫0x00不用濾波器

第四步——配置時(shí)基單元

公式：計(jì)數(shù)器溢出頻率：CK_CNT_OV = CK_CNT / (ARR + 1) = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)

計(jì)數(shù)器溢出頻率 = 72MHz / 1 / 10 = 7200000Hz

第五步——使能更新中斷

第六步——配置NVIC

第七步——啟動(dòng)定時(shí)器

編程小技巧

跨文件使用變量，extern聲明變量就是告訴編譯器，這個(gè)變量在別的文件中也定義了，這個(gè)變量就是另外文件中同一個(gè)變量的引用，這個(gè)過程并沒有定義新的變量，其實(shí)頭文件中的函數(shù)聲明也是用extern實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)extern可以省略，一般不寫。

中斷函數(shù)可以放在main.c文件中，也可以放在其他模塊化的文件中

其他問題

在TIM_TimeBaseInit函數(shù)中最后有這么一句

生成一個(gè)更新事件，立刻來重新裝載預(yù)分頻器的值和重復(fù)計(jì)數(shù)器的值

預(yù)分頻器是有一個(gè)緩沖寄存器的，我們寫的值只有在更新事件時(shí)才會(huì)起作用，所以這里為了讓值立刻起作用，在這最后手動(dòng)生成了一個(gè)更新事件，這樣預(yù)分頻器的值就有效了，但同時(shí)它導(dǎo)致了更新事件和更新中斷是同時(shí)發(fā)生的，更新中斷會(huì)置更新中斷標(biāo)志位，當(dāng)我們之后一旦初始化完了，更新中斷就會(huì)立刻進(jìn)入，這就是我們剛一上電就立刻進(jìn)中斷的原因。

解決方法

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