6TIM定时器

STM32的定时器功能众多，拥有基本定时功能，输出比较功能（如产生PWM波等），输入捕获（测量方波信号），读取正交编码器的波形。

1.中断原理

TIM定时器的基本功能是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（如主频一般是72MHZ，那么计数值设定为72，就是每1US触发一次中断；计数值设定为72000，就是每1MS触发一次中断。）

STM32定时器拥有16位计数器，预分频器，自动重装寄存器组成的时基单元，在72MHZ计数钟下可以实现最大59.65的定时。TIM不仅具备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，主从触发模式，输出比较，编码器接口等多种功能，并且分为高级定时器，通用定时器，基本定时器三种类型。

内部时钟（CK_CNT）：一般就是系统的主频72MHz，通向时基单元的输入。
时基单元：16位预分频器 + 16位计数器 + 16位自动重装载寄存器。
预分频器：对输入的72MHz时钟进行预分频，寄存器内存储的值是实际的分频系数减一。写0就是不分频，写1就是2分频，写2就是3分频……
计数器：对预分频后的计数时钟进行计数，每遇到上升沿就加一。
自动重装载寄存器：存储计数的最大值，到达此值后触发中断并清零计数器。

1。通用定时器框图

• 时基单元：中间的PSC预分频器、自动重装载寄存器、CNT计数器。通用定时器和高级定时器新增两个功能——“向下计数模式”、“中央计数模式”。
• 向上计数模式【常用】：从0开始累加，到自动重装载值触发中断。
• 向下计数模式：从自动重装载值递减，到0触发中断。
• 中央对齐模式：从0开始累加，到自动重装载值触发中断，然后递减，到0再次触发中断。常用于电机控制的SVPWM算法中。
• 内外时钟源选择和主从触发模式结构：上面的一大块。下面介绍各种各样的内外时钟源：
• 内部时钟CK_INT【常用】：通常为72MHz，基本定时器只能选择CK_INT，通用定时器和高级定时器则新增了下面的时钟源。
• 外部TIMx_ETR【常用】：引脚的位置可以参考引脚定义表，如stm32f103c8t6的PA0引脚复用了TIM2_CH1_ETR等。外部输入了方波时钟，然后通过极性选择、滤波等电路进行整形，然后兵分两路，一路ETRF进入触发控制器，紧跟着就可以选择成为时基单元的时钟（外部时钟模式2）；一路进入选择器等待成为TRGI。
• ? ? TRGI主要用作触发输入来使用，可以触发定时器的从模式，本小节仅用做外部时钟（外部时钟模式1），其他功能后续再讲。
• 外部ITR信号：包括ITR0~ITR4（引脚定义见参考手册“表78 TIMx内部触发连接”），来自其他定时器，实现了定时器的级联。这个ITR信号从上一级定时器的主模式TRGO引脚来（图片右上方）。
• 外部TI1F-ED：来自于输入捕获单元的TIMx_CH1引脚，后缀“ED”意为边沿，也就是说该路时钟的上升沿和下降沿均有效，也就是CH1引脚的边沿。
• 外部TI1FP1：来自CH1引脚时钟。
• 外部TI2FP2：来自CH2引脚时钟。
• 编码器接口：可以读取正交编码器的输出波形，后续会再介绍。
• TRGO引脚：定时器的主模式输出，可以将内部的一些事件映射到TRGO上，相比基本定时器这些事件的范围显然更广。
• 注：最后三种外部时钟用于输入捕获和测频率，后续介绍。
• 输出比较电路：下面右侧的一大堆，总共有4个通道，可以用于输出PWM波形驱动电机。
• 输入捕获电路：下面左侧的一大推，也是有4个通道，可以用于测量输入方波的频率。
• 注：输入捕获电路和输出比较电路不能同时使用，所以共用中间的“捕获/比较寄存器”以及输入/输出的引脚。后续再介绍。

2.高级定时器

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重复次数计数器：可以实现每个几个计数周期，才发生一次更新事件和更新中断，相当于自带一级的定时器级联。
DTG（Dead Time Generate）：死区生成电路。将输出引脚由原来的一个变为两个互补的输出，可以输出一对互补的有死区的PWM波（防止出现短暂的直通现象），可以驱动三相无刷电机（如四轴飞行器、电动车后轮、电钻等）。
BRK刹车输入：为了给电机驱动提供安全保障，如果外部引脚BKIN（Break IN）产生了刹车信号或者内部时钟失效，这个电路就会自动切断电机的输出，防止意外的发生。

定时中断基本结构

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?时基单元：中间的粉色部分。
运行控制：控制寄存器的一些位，如启动停止、向上或向下计数等，操作这些寄存器就可以控制时基单元的运行了。
内部时钟模式、外部时钟模式2、外部时钟模式1：外部时钟源选择。这个选择器的输出就是为时基单元提供时钟。
编码器模式：编码器独有的模式，一般用不到。
中断申请控制：由于定时器内部有很多地方要申请中断，“中断申请控制”就用来使能控制这些中断是否使能。比如，中断信号会先在状态寄存器里置一个中断标志位，这个标志位会通过中断输出控制，到NVIC申请中断。

CK_PSC：预分频器的输入时钟，选择内部时钟源就是72MHz。
CNT_EN：计数器使能。高电平计数器正常运行，低电平计数器停止。
CK_CNT：计数器时钟，既是预分频器的时钟输出，也是计数器的时钟输入。
计数器寄存器：对CK_CNT进行自增计数，到达自动重装载值清零。
更新事件：计数器寄存器到达自动重装载值时产生一个脉冲。
下面三行时序体现了预分频计数器的一种缓冲机制：

预分频控制寄存器：供用户读写使用，实时响应用户控制，但并不直接决定分频系数。
预分频缓冲器：也称为影子寄存器，真正起分频作用的寄存器。只有在更新事件到达时，才从“预分频控制寄存器”更新预分频参数。以确保更新事件的稳定性。
预分频计数器：按照预分频参数进行计数，以产生对应的CK_CNT脉冲。

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正常的计数器时序没啥好说的，就是根据CK_CNT计数，到达自动重装载值产生中断，所以只需看一下更新自动重装载值的过程：

无预装时序（禁用缓冲寄存器）：有溢出问题。若将自动重装载值变小，且此时计数器寄存器已经超过这个新的重装载值，那么计数器寄存器就会一直计数到FFFF才清零。这可能会造成一些问题。
有预装时序（启用缓冲寄存器）：比较稳定。只有更新事件来临时才更新自动重装载值。

时钟是所有外设的基础，所以是需要最先配置的。ST公司写好了SystemInit函数来配置时钟树，下面具体介绍：

左侧是时钟产生电路，右侧时钟分配电路，中间的SYSCLK就是72MHz的系统时钟。

时钟产生电路：

四个振荡源：
内部的8MHz高速RC振荡器。
外部的4-16MHz高速石英晶体振荡器：一般8MHz，相比于内部的RC高速振荡器更加稳定。
外部的32.768kHz低速晶振：一般给RTC提供时钟。
内部的40kHz低速RC振荡器：给看门狗提供时钟。
上面的两个高速晶振用于给系统提供时钟，如AGB、APB1、APB2的时钟。

SystemInit函数配置时钟的过程：首先启动内部8MHz时钟为系统时钟，然后配置外部8MHz时钟到PLLMUL模块进行9倍频到72MHz，等到这个72MHz时钟稳定后，再将其作为系统时钟。于是就实现了系统时钟从8MHz切换到72MHz。
CSS：监测外部时钟的运行状态，一旦外部时钟失效，就会自动把外部时钟切换成内部时钟，保障系统时钟的运行，防止程序卡死造成事故。如果外部晶振出问题，那么就会导致程序的时钟变为8MHz，也就是比预期的时钟慢了9倍。
时钟分配电路
AHB总线：有预分频器，SysytemInit配置分频系数为1，于是AHB时钟输出就是72MHz。
APB1总线：SysytemInit配置分频系数为2，于是APB1时钟输出就是36MHz。
APB2总线：SysytemInit配置分频系数为1，于是APB2时钟输出就是72MHz。
外设时钟使能：就是库函数RCC_APB2PeriphClockCmd开启的地方，可以控制相应的外设时钟开启。
定时器的时钟：从图中可以看出，按照SystemInit的默认配置，所有的定时器时钟都是72MHz。