本篇筆記主要探討 MM32F0140 定時器模塊的框圖結構、定時器提供的計數定時等功能以及配置定時器的流程，并以 pokt-f0140 開發板作為實際演示平臺，使用開發板上 32 位定時器 TIM2 進行 pwm 波輸出實驗。

TIM 功能描述

MM32F0140 TIM 最基本的功能為計數定時，此功能依靠定時器內部的預分頻器 PSC 、計數器 CNT 和 自動預裝載寄存器 ARR 合作完成。此外，定時器如有輸入輸出通道，則還能提供輸入捕獲、比較輸出和從模式輸入等功能。在此之上，對于擁有額外剎車輸入通道的高級定時器而言，還可提供剎車和死區設置。

TIM 框圖

下圖1 為 MM32F0140 高級定時器的結構框圖，各部分支持不同的功能。其中：

紅框支持最基本的計數定時功能。計數器、預分頻器和自動預裝載器也被稱為定時器的時基單元。預分頻器 PSC 將輸入的時鐘信號進行分頻，計數器 CNT 對分頻信號進行計數。計數器值和自動預裝載寄存器 ARR 值進行比較，發生上溢或下溢時，則表明完成一次周期計數，周期值為 ARR 寄存器寫入值，頻率為輸入時鐘源經過 PSC 預分頻器分頻后頻率。

灰框支持從模式輸入功能。除內部時鐘外，定時器模塊可以通過配置從模式，選擇來自外部輸入引腳 TI1 或 TI2 的輸入信號或 ETR 引腳信號或其他定時器的 ITRx 信號作為時鐘輸入源。

綠框支持輸入捕獲功能。當通道 x 配置為輸入捕獲模式時，通道 x 的輸入信號依次經過濾波、邊沿檢測以及分頻，觸發通道 x 捕獲事件。定時器模塊會將當前計數器計數值寫入對應通道的捕獲/比較寄存器 CCRx 中。

藍框支持比較輸出功能。當通道 x 配置為比較輸出模式時，定時器將當前計數器值與通道 x 捕獲/比較寄存器 CCRx 中值進行比較，相等時定時器將改變通道 x 的參考輸出電壓 REF。

黑框支持剎車功能，當 BKIN 通道有指定剎車信號出現時，各路輸出通道將輸出預設的空閑輸出電壓。

圖1. MM32F0140 高級定時器框圖

下文將詳細敘述定時器的計數定時、輸入捕獲和比較輸出這三個主要功能。

計數定時

計數定時即計數器使能后，在一定計數頻率下進行計數。根據設置的計數方向，計數器完成周期次計數后，定時器觸發更新中斷。

計數器頻率計算

設定時器輸入頻率為 clk_frq，預分頻器分頻值為 psc，則計數器頻率 cnt_frq 為

計數器計數方向

MM32F0140 定時器中 TIM14、TIM16 和 TIM17 僅提供向上計數。其余定時器可以提供以下三種可選計數方向：

向上計數，計數器從 0 開始向上計數，遞增到 ARR 自動預裝載寄存器值后，計數器產生上溢事件。定時器產生一個更新事件，計數器又從 0 開始計數。

向下計數，計數器從 ARR 自動預裝載寄存器值開始向下計數，遞減到 0 后，計數器產生下溢事件。定時器產生一個更新事件，計數器又從 ARR 自動預裝載寄存器值開始計數。

先向上計數再向下計數。計數器從 0 開始向上計數，遞增到 ARR 自動預裝載寄存器值后，計數器產生上溢事件。定時器產生一個更新事件。然后計數器從 ARR 自動預裝載寄存器值開始向下計數，遞減到 0 后，計數器產生下溢事件。定時器再產生一個更新事件。

圖2 定時器向上計數

如圖2 所示，定時器輸入時鐘即分頻器時鐘 CK_PSC，預分頻器 PSC 值為 1 ，即定時器頻率為 CK_PSC 的二分頻頻率。定時器自動裝載值 ARR 為 5，從圖中可見計數器 CNT 達到 5 時，產生一個更新事件 UEV。

定時器周期長度

ARR 自動預裝載寄存器的值為定時器周期長度，決定定時器計數多少次后產生一個更新事件。

比較輸出

如圖3 所示，定時器比較輸出功能通過計數器、通道 x 的捕獲/比較寄存器 CCRx 以及輸出控制電路實現。定時器將計數器和捕獲/比較寄存器 CCRx 值實時比較，當二值相等時會改變通道 x 的參考輸出電壓 REF，參考輸出電壓 REF 和輸出控制電路共同決定通道 x 的實際電壓值。

圖3 MM32F0140 定時器輸出通道1示意圖

比較輸出匹配值

輸出通道x 對應的 CCRx 寄存器值為比較輸出匹配值，定時器將在計數器值和通道 x 的匹配值相等時，根據比較輸出模式，改變通道 x 的參考輸出電壓REF。

比較輸出模式選擇

MM32 F0140 的 TIM 模塊一共有 7 種比較輸出模式：

匹配結果對于參考輸出電壓 REF 沒有影響。

匹配時將參考輸出電壓 REF 設為高電平。

匹配時將參考輸出電壓 REF 設為低電平。

匹配時翻轉參考輸出電壓 REF。

強制參考輸出電壓 REF為低電平。

強制參考輸出電壓 REF為高電平。

PWM模式1：當計數值小于匹配值時，參考電壓REF為高電平，否則為低電平。

PWM模式2：當計數值小于匹配值時，參考電壓REF為低電平，否則為高電平。

參考輸出電壓和實際輸出電壓間關系

定時器 CCER[CCxP] 位決定了參考輸出電壓和實際輸出電壓間關系，具體可見表1。CCER[CCxP]值為0表示高電平有效，為1表示低電平有效。

表1 CCER[CCxP]值對實際輸出電壓的影響

如下圖 4 所示，通道1的比較值為1，當計數器值小于1時，通道1的比較輸出電壓 OC1REF 為高；當計數器值等于1時，通道1 的比較輸出電壓 OC1REF 拉低，產生一個下降沿。OC1REF 將一直保持為低，直到定時器更新事件發生，計數器從 0 開始計數時，OC1REF 又被拉高。

圖4 遞增計數下PWM模式1時輸出通道參考電壓

輸入捕獲

如圖5 所示，輸入通道 x 的輸入信號 TIx 經過濾波器、邊沿檢測、分頻以后被定時器捕獲，定時器將輸入捕獲時刻的計數器值寫入相應通道的捕獲/比較寄存器 CCRx 中。

圖5 MM32F0140輸入捕獲框圖

計數定時配置

時基配置

配置定時器工作模式

配置 CR1[OPM] 位可以設置定時器工作模式，其中值為 0 表示定時器將循環計時，值為 1 表示計時 1 次后就停止計數器。

配置是否預裝載

配置 CR1[ARPE] 位可以配置定時器自動預裝載寄存器 ARR 的實際更新方式，值為1則用戶寫入 ARR 寄存器的值會在下一次計數器更新時起效，否則立刻生效。

配置計數模式

配置 CR1[DIR] 位和 CR1[CMS] 位可以配置計數器計數模式。如果選擇單向計數，CR1[CMS]需配置為 0，此時CR1[DIR] 配置為 0 時，向上計數，配置為 1 時向下計數。如果選擇先向上計數再向下計數，則需要配置 CR1[CMS]，CR1[DIR] 值保持為 0。

配置預分頻值

由上述計數器頻率計算小結可知，如果需要定時器頻率為 cnt_frq, 定時器輸入源頻率為 clk_frq，定時器的預分頻值 psc 應為

計算出的 psc 值寫入 PSC 寄存器。

配置自動預裝載寄存器 ARR

自動預裝載寄存器 ARR 的值決定定時器周期計數次數。假如定時器向上計數，則計數器從 0 遞增到 ARR 值，即 ARR 寄存器值為 arrv，則實際計數器一個周期內會做arrv+1 次計數，所以ARR 寄存器值應為需要的周期計數值減一。將此值寫入 ARR 寄存器。

使能計數器

完成上述配置后，將 CR1[CEN] 置為 1 即可啟動計數器計數。當不需要計數時，將此位設置為 0。

比較輸出配置

配置通道輸出模式

配置 CCMRy[CCxS] 位為 0，可以將通道 x 配置為輸出模式。

配置是否預裝載匹配值

配置 CCMRy[OCxPE] 位可以設置通道 x 的比較輸出匹配值生效方式，為 0 則一旦寫入立刻生效，否則匹配值將在下一次更新事件后生效。

配置比較輸出模式

配置 CCMRy[OCxM] 字段可以選擇不同的比較輸出模式，具體字段值和比較輸出模式間關系可見表3。

表3 CCMRy[OCxM] 與 比較輸出模式間對應關系

配置有效輸出電壓

配置 CCER[CCxP] 位，可以設置通道 x 的有效輸出電壓。值為0，則參考電壓的高電平為有效電平；值為1，則參考電壓的低電平為有效電平。

使能通道輸出

配置 CCER[CCxE] 位為1，使能通道輸出功能；配置為 0，則關閉通道輸出功能。

輸入捕獲配置

配置通道輸入模式

配置 CCMRy[CCxS] 位為1，可將通道 x 配置為輸入模式。

配置輸入信號邊沿選擇

配置 CCER[CCxP] 和 CCER[CCxNP] 位，可以配置輸入信號的有效邊沿選擇，具體對應關系如表4。

表4 輸入模式下，CCER[CCxP]和CCER[CCxNP]

對于輸入邊沿影響

配置采樣和濾波

配置 CCMRy[ICxF] 字段，設置通道 x 的輸入捕獲濾波器。

配置預分頻器

配置 CCMRy[IC1PSC] 字段，設置通道 x 輸入信號的預分頻值。

使能通道輸入

配置 CCER[CCxE] 位為 1，使能通道輸入捕獲功能；配置為 0，則關閉通道輸入捕獲功能。

樣例

pokt-f0140 開發板 定時器實現TIM2通道1輸出pwm波

在 SDK 中已有支持的 pokt-f0140 開發板上，在 tim_32b_0 樣例工程中，通過 tim_32b_output_compare_pwm 可以使用定時器 TIM2 的通道 1 輸出 pwm 波。

時鐘初始化

TIM2 在 APB2 總線上，需要使能時鐘。TIM2 的通道 1 復用 PA0 引腳，需要使能 GPIOA 時鐘。

/* Enable TIM. */RCC_EnableAPB1Periphs(RCC_APB1_PERIPH_TIM2, true);RCC_ResetAPB1Periphs(RCC_APB1_PERIPH_TIM2);/* Enable GPIOA for TIM2_CH1. */RCC_EnableAHB1Periphs(RCC_AHB1_PERIPH_GPIOA, true);RCC_ResetAHB1Periphs(RCC_AHB1_PERIPH_GPIOA);

初始化輸出引腳

GPIO_Init_Type gpio_init;gpio_init.Pins  = GPIO_PIN_0;gpio_init.PinMode  = GPIO_PinMode_AF_PushPull;gpio_init.Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init);GPIO_PinAFConf(GPIOA, gpio_init.Pins, GPIO_AF_2);/* 根據data sheet, 配置復用模式2。 */

定時器時基配置

TIM_32B_Init_Type tim_init;tim_init.ClockFreqHz = BOARD_TIM_32B_FREQ;/* 因為 TIM_32B 在APB2總線上，所以BOARD_TIM_32B_FREQ的值實際為APB2總線時鐘頻率。*/tim_init.StepFreqHz = APP_TIM_UPDATE_PERIOD;  /* 定時器周期時長為定時器周期長度Period加1后除定時器頻率StepFreqHz。*/tim_init.Period = APP_TIM_UPDATE_PERIOD - 1u; /* 所以可得值為1，也即定時器周期時長為1s。 */tim_init.EnablePreloadPeriod = false; /* 不采用預裝載，修改ARR寄存器將立即生效。 */tim_init.PeriodMode = TIM_32B_PeriodMode_Continuous;/* 循環計時。 */tim_init.CountMode = TIM_32B_CountMode_Increase; /* 遞增計數。 */TIM_32B_Init(BOARD_TIM_32B_PORT, &tim_init);

配置輸出通道

TIM_32B_OutputCompareConf_Type tim_outcomp_conf;tim_outcomp_conf.ChannelValue = 0u;/* Compare value initialize with 0. */tim_outcomp_conf.EnableFastOutput = false; /* Disable fast output. */tim_outcomp_conf.EnablePreLoadChannelValue = false; /* Disable preload, put data immediately. */tim_outcomp_conf.RefOutMode = TIM_32B_OutputCompareRefOut_FallingEdgeOnMatch;/*Generate a falling edge when matched.*/tim_outcomp_conf.ClearRefOutOnExtTrigger = false; /* Ext signal won't clear output. */tim_outcomp_conf.PinPolarity = TIM_32B_PinPolarity_Rising;/* High polarity is valid. */TIM_32B_EnableOutputCompare(BOARD_TIM_32B_PORT, BOARD_TIM_32B_CHANNEL, &tim_outcomp_conf);

使能計數器

TIM_32B_Start(BOARD_TIM_32B_PORT);

main 函數

main 函數將輪詢鍵入，并按設定的占空比數組循環輸出不同的 PWM 波。

int main(void){    BOARD_Init();    printf("\r\ntim_32b_output_compare_pwm.\r\n");    /* Setup the timer. */    app_tim_32b_init();    printf("press any key to change the pwm ...\r\n");    while (1)    {        for (uint32_t i = 0; i < APP_TIM_32B_PWM_NUM; i++)        {            getchar();            TIM_32B_PutChannelValue(BOARD_TIM_32B_PORT, BOARD_TIM_32B_CHANNEL, app_tim_32_pwm_val[i]);/* Change duty cycle. */            printf("PWM value: %u\r\n", (unsigned)app_tim_32_pwm_val[i]);        }    }}