一、什么是定時器
關于什么是定時器，簡單來講，就是是用來定時的。STM32F103ZET6有兩個基本定時器TIM6和TIM7，四個通用定時器TIM2~TIM5和兩個高級定時器TIM1，TIM8。每一個定時器都是完全獨立的，不共享任何資源。
根據(jù)中文參考手冊介紹，基本定時器最為簡單，類似于51單片機的定時器。通用定時器在基本定時器的基礎上增加了輸入捕獲和輸出比較功能。高級定時器相比通用定時器，又增加了可編程死區(qū)互補輸出，重復計數(shù)器等功能。
STM32F103ZET6的通用定時器是一個通過可編程預分頻器驅動的16位自動裝載計數(shù)器構成。使用定時器預分頻器和RCC時鐘控制器預分頻器，脈沖長度和波形周期可以在幾個微秒到幾個毫秒間調(diào)整。
這里介紹一下對于定時器的個人理解。定時器的定時原理實際可以理解為按照固定的頻率數(shù)數(shù)。按照固定頻率就說明定時器一定要有輸入時鐘。比如輸入為一個1KHz的時鐘，那么數(shù)一個數(shù)的時間就是1ms。另外，數(shù)數(shù)也不是無限地數(shù)，數(shù)值有一個上限。可以規(guī)定是從0開始數(shù)到上限值，還是從上限值數(shù)到0。而且每次數(shù)到頭，需要重新開始。比如，需要控制燈亮200ms。那么只需要在點亮LED之后，等到數(shù)到200時熄滅即可。當數(shù)到上限值或者數(shù)到0時，重新開始數(shù)。
二、定時器有什么用
定時器有許多用途，以通用定時器為例。它可以測量輸入信號的脈沖寬度，產(chǎn)生PWM波。此外定時器也可以用于觸發(fā)ADC采集，按鍵檢測等方面。
中文參考手冊介紹如下
中文參考手冊對于通用定時器功能的描述
三、通用定時器詳細介紹
速成選手可以線跳過這一部分，直接看下面，后來再返回來仔細看。
3.1 時鐘來源
根據(jù)中文參考手冊，通用定時器的時鐘來源有四個。
- ? 內(nèi)部CK_INT
- ? 外部觸發(fā)時鐘輸入TIMx_ETR（外部時鐘模式2）
- ? 內(nèi)部觸發(fā)輸入（ITRx）：使用一個定時器作為另一個定時器的預分頻器
- ? 外部引腳輸入（外部時鐘模式1）
通用定時器時鐘來源
通過配置TIMx_SMCR寄存器來選擇，關于寄存器這里就不再詳細介紹了，大家可以去看中文參考手冊。
根據(jù)中文參考手冊關于時鐘的介紹，通用定時器掛接在APB1總線。對于APB1總線的時鐘如下
APB1時鐘介紹
如果APB1的預分頻系數(shù)為1，那么通用定時器的輸入時鐘頻率為36MHz，否則為72MHz。但是通常APB1總線的預分頻系數(shù)我們不會設置成1，所以通用定時器的時鐘頻率為72MHz。
3.2 預分頻器，計數(shù)器，自動重裝載寄存器
預分頻器，計數(shù)器和自動重裝載寄存器
3.2.1 預分頻器
預分頻器是對時鐘進行分頻，范圍是1~65536。比如通用定時器輸入時鐘頻率為72MHz，此時，將預分頻值設置為72，那么最終計數(shù)時的時鐘頻率為72MHz / 72 = 1MHz。
3.2.2 計數(shù)器
計數(shù)器就是用來計數(shù)的，計數(shù)值取值范圍是0~65535。有三種計數(shù)方式：向上計數(shù)，向下計數(shù)，中央對齊模式（向上/向下計數(shù)）。
在向上計數(shù)模式中，計數(shù)器從0計數(shù)到自動加載值(TIMx_ARR計數(shù)器的內(nèi)容)，然后重新從0開始計數(shù)并且產(chǎn)生一個計數(shù)器溢出事件。
在向下計數(shù)模式中，計數(shù)器從自動裝入的值(TIMx_ARR計數(shù)器的值)開始向下計數(shù)到0，然后從自動裝入的值重新開始并且產(chǎn)生一個計數(shù)器向下溢出事件。
在 中央對齊模式 ，計數(shù)器從0開始計數(shù)到自動加載的值(TIMx_ARR寄存器)?1，產(chǎn)生一個計數(shù)器溢出事件，然后向下計數(shù)到1并且產(chǎn)生一個計數(shù)器下溢事件；然后再從0開始重新計數(shù)。
3.2.3 自動重裝載寄存器
比如，選擇向下計數(shù)模式，初始值為2000。當計數(shù)到0時，會再次從2000開始向下計數(shù)。這就叫重裝載。但是實際起作用的并不是這里的自動重裝載寄存器，而是影子寄存器。關于影子寄存器這里就不再做介紹了，大家可以自行了解。
3.3 觸發(fā)控制器
從圖中的右上角可以注意到，有一個觸發(fā)控制器。它可以用來觸發(fā)一些外設，比如觸發(fā)ADC采集，也可以用來給其他定時器提供時鐘。
四、PWM
4.1 什么是PWM
PWM（脈沖寬度調(diào)制），它是一種利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的技術，也可以理解為是對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。PWM可被應用于電機驅動，調(diào)光，通信等方面。
4.2 什么是占空比
一個PWM是有固定頻率的，也就意味著周期一定，一個周期內(nèi)有效電平持續(xù)時間占整個周期的比例可以稱為占空比。比如一個周期100ms，其中50ms持續(xù)為有效電平，那么占空比就是50%。正是通過調(diào)節(jié)占空比，來調(diào)節(jié)電機轉速，或者用不同占空比代表不同信號，用于通信。
4.3 STM32F1 PWM介紹
STM32F1系列單片機，除了基本定時器TIM6和TIM7外，都可以產(chǎn)生PWM輸出。其中高級定時器TIM1和TIM8可以同時產(chǎn)生高達7路PWM輸出。PWM輸出其實就是對外輸出占空比可調(diào)的方波，信號頻率由自動重裝載寄存器ARR的值決定，占空比由比較寄存器CCR的值決定。假設高電平為有效電平，見下圖。ARR決定了周期（頻率），CCR調(diào)節(jié)占空比。
PWM示意圖
根據(jù)中文參考手冊介紹，STM32F1的PWM比較輸出模式共有8種。脈沖寬度調(diào)制模式可以產(chǎn)生一個由TIMx_ARR寄存器確定頻率、由TIMx_CCRx寄存器確定占空比的信號。在TIMx_CCMRx寄存器中的OCxM位寫入’110’(PWM模式1)或’111’(PWM模式2)，能夠獨立地設置每個OCx輸出通道產(chǎn)生一路PWM。有關寄存器的內(nèi)容，這里就不不再做詳細介紹。
這里介紹一下8種輸出模式中比較常用的兩種PWM輸出模式，PWM1和PWM2。其實這兩種輸出模式差別不大，只不過輸出電平的極性不同。
4.4 PWM頻率計算
頻率 = (主時鐘頻率(72MHz) / (分頻系數(shù) + 1)) / 自動重裝載值（單位為Hz）
五、通用定時器輸出引腳
其他幾個定時器如下
TIM2的PWM引腳
TIM4的PWM引腳
TIM5的PWM引腳
六、實戰(zhàn)項目
這里以一個經(jīng)典項目——呼吸燈，來一起熟悉一下定時器的配置和使用，要求滅—>亮—>滅，時間為2.5s。
6.1 呼吸燈
呼吸燈是指燈能夠像人的呼吸一樣，實現(xiàn)由暗到亮或由亮到暗的變化，通常用于消息提示功能，或者作為系統(tǒng)正在運行的提示。之前一篇博文介紹過三種呼吸燈的實現(xiàn)方式，這里針對普中核心板，來介紹一下如果實現(xiàn)呼吸燈。
6.2 實現(xiàn)思路
這里用兩種方法來實現(xiàn)一下呼吸燈。分別是定時器的溢出中斷和PWM。其實第一種和PWM類似，我非就是控制LED點亮時間。
? 定時器中斷實現(xiàn) 配置好預分頻系數(shù)和重裝載值，使每0.25ms進入一次定時器中斷，記錄進入中斷次數(shù)（count）。當進入次數(shù)滿100次之后（2.5ms），控制LED點亮的變量（t）值加1。主函數(shù)的while(1)輪詢中，如果t小于等于count的時候，LED點亮，否則LED熄滅。t的值累計100加次后（2.5s），開始遞減，LED由亮到滅。控制t是遞增還是遞減的是一個標志位（flag），初始值為0，具體可以看程序設計。
? PWM 利用PWM實現(xiàn)呼吸燈就更加簡單了，只需要不斷調(diào)節(jié)占空比即可。
66.3 定時器配置
配置通用定時器，有以下步驟
? 使能定時器時鐘
? 初始化定時器參數(shù)，包括自動重裝載值，分頻系數(shù)，計數(shù)方式等
? 設置中斷類型，并使能
? 設置中斷優(yōu)先級，使能定時器中斷通道
? 開啟定時器
? 編寫定時器中斷服務函數(shù)
需要注意的是，配置預分頻系數(shù)時，比如設置為6，實際是6 + 1。
定時時間T = 自動重裝載值 * ((預分頻系數(shù) + 1) / 主時鐘頻率)。主時鐘頻率為72MHz。（為了避免誤導，這里寫的主時鐘頻率為72MHz是APB1總線分頻系數(shù)不是1的前提下。）
6.4 定時器中斷實現(xiàn)呼吸燈
定時器配置程序如下，使用定時器2，控制LED1實現(xiàn)呼吸燈，由滅—>亮—>滅，時間為5秒。
/*
*==============================================================================
*函數(shù)名稱：TIM2_Iint
*函數(shù)功能：初始化定時器2
*輸入?yún)?shù)：per：自動重裝載值；psc：預分頻系數(shù)
*返回值：無
*備 注：無
*==============================================================================
*/
void TIM2_Iint (u16 per,u16 psc)
{
// 結構體定義
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE); // 使能TIM2時鐘
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = per; // 自動裝載值
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc; // 分頻系數(shù)
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // 不分頻
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; // 設置向上計數(shù)模式
TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);
TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE); // 開啟定時器中斷
TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update); // 使能更新中斷
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; // 定時器中斷通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2; // 搶占優(yōu)先級
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =3; // 子優(yōu)先級
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; // IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
TIM_Cmd(TIM2,ENABLE); // 使能定時器
}
初始化時定時器的程序如下
TIM2_Iint(250,71); // TIM2初始化
預分頻系數(shù)為71 + 1 = 72，計數(shù)到250進入一次中斷，也就是0.25ms進入一次中斷。累計進入100次（25ms）中斷開始調(diào)節(jié)一點LED的亮度。由滅到亮，累計調(diào)節(jié)100次（2.5s）。主函數(shù)和中斷服務函數(shù)如下
u8 gTimIrqCunt = 0; // 進入中斷次數(shù)計數(shù)變量
u8 gLedLightCtrl = 0; // LED亮度控制變量
u8 gLedFlag = 0; // LED亮滅控制標志位，0：滅— >亮；1：亮— >滅
int main(void)
{
Med_Mcu_Iint(); // 系統(tǒng)初始化
while(1)
{
if (gLedLightCtrl <= gTimIrqCunt)
{
Med_Led_StateCtrl (LED1,LED_OFF); // 熄滅LED1
}
if (gLedLightCtrl > gTimIrqCunt)
{
Med_Led_StateCtrl (LED1,LED_ON); // 熄滅LED1
}
}
}
// TIM2中斷服務函數(shù)
void TIM2_IRQHandler(void) // TIM2中斷
{
// 產(chǎn)生更新中斷
if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
{
gTimIrqCunt = gTimIrqCunt + 1; // 進入中斷次數(shù)加1
// 累計進入100次中斷，且是由滅到亮
if (gTimIrqCunt >= 100 && gLedFlag < 100)
{
gTimIrqCunt = 0; // 清零進入中斷計數(shù)變量
gLedLightCtrl = gLedLightCtrl + 1; // LED亮度控制變量加1
gLedFlag = gLedFlag + 1; // LED亮滅控制標志位加1
}
// 累計進入100次中斷，且是由亮到滅
if (gTimIrqCunt >= 100 && gLedFlag >= 100)
{
gTimIrqCunt = 0; // 清零進入中斷計數(shù)變量
gLedLightCtrl = gLedLightCtrl - 1; // LED亮度控制變量加1
gLedFlag = gLedFlag + 1; // LED亮滅控制標志位加1
}
// 一個亮滅周期結束
if (gLedFlag >= 200)
{
gLedFlag = 0; // 清零LED亮滅控制標志位
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update); // 清除TIM2更新中斷標志
}
6.5 使用PWM實現(xiàn)呼吸燈
PWM配置步驟
- ? 使能定時器以及GPIO時鐘，設置引腳復用映射
- ? 初始化定時器參數(shù)，包括自動重裝載值，分頻系數(shù)，計數(shù)方式等
- ? 初始化PWM輸出參數(shù)，包括PWM模式，輸出極性，使能等
- ? 開啟定時器
- ? 修改CCRx的值來修改占空比
- ? 使能TIMx在CCRx上的預裝載寄存器
- ? 使能TIMx在ARR上的預裝載寄存器允許位
TIM3的通道1配置程序如下這里對引腳進行了重映射。
/*
*==============================================================================
*函數(shù)名稱：TIM3_CH1_PWM_Init
*函數(shù)功能：初始化定時器3的PWM通道1
*輸入?yún)?shù)：per：自動重裝載值；psc：預分頻系數(shù)
*返回值：無
*備 注：無
*==============================================================================
*/
void TIM3_CH1_PWM_Init (u16 per,u16 psc)
{
// 結構體定義
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
// 開啟時鐘
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
// 初始化GPIO
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 復用推挽輸出
GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM3,ENABLE); // 改變指定管腳的映射
// 初始化定時器參數(shù)
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = per; // 自動裝載值
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc; // 分頻系數(shù)
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 設置向上計數(shù)模式
TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);
// 初始化PWM參數(shù)
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // 比較輸出模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; // 輸出極性
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; // 輸出使能
TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure); // 輸出比較通道1初始化
TIM_OC1PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable); // 使能TIMx在 CCR1 上的預裝載寄存器
TIM_ARRPreloadConfig(TIM3,ENABLE); // 使能預裝載寄存器
TIM_Cmd(TIM3,ENABLE); // 使能定時器
}
實現(xiàn)呼吸燈時，只需要在main函數(shù)中不斷調(diào)整占空比即可，調(diào)整占空比的函數(shù)為
void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1)
這里main函數(shù)就不在列出來了。需要注意的是，設置的CCR的值，不能超過自動重裝載值 - 1。
七、拓展
之前介紹按鍵檢測時，介紹過檢測按鍵長短按的方法。當時比較簡單粗暴，這里介紹另一種，使用定時器來判斷按鍵WK UP的長短按。假設規(guī)定，按下時間在10ms~500ms之間為短按，按下時間大于等于1s，為長按。短按LED1點亮，長按LED1熄滅。之前是利用delay來實現(xiàn)時間控制，現(xiàn)在改用定時器實現(xiàn)時間控制，但是基本思路都是相同的。
關于按鍵部分的程序這里就不再做介紹了。首先配置定時器，10ms進入一次更新中斷，預分頻系數(shù)為72，自動重裝載值為10000。使用TIM2，定時器配置程序和上面一樣，初始化程序如下填寫
TIM2_Iint(10000,71); // TIM2初始化
main函數(shù)以及中斷服務函數(shù)如下
u32 gKeyDownTimeCunt = 0; // 按鍵按下時間計數(shù)變量
u8 gKeyLongFlag = 0; // 按鍵長按標志位
u8 gKeyShotFlag = 0; // 按鍵短按標志位
int main(void)
{
Med_Mcu_Iint(); // 系統(tǒng)初始化
while(1)
{
// 短按
if (gKeyShotFlag == 1)
{
Med_Led_StateCtrl (LED1,LED_ON); // 點亮LED1
gKeyShotFlag = 0; // 清除短按標志位
}
// 長按
if (gKeyLongFlag == 1)
{
Med_Led_StateCtrl (LED1,LED_OFF); // 熄滅LED1
gKeyLongFlag = 0; // 清除長按標志位
}
}
}
// TIM2中斷服務函數(shù)
void TIM2_IRQHandler(void) // TIM2中斷
{
// 產(chǎn)生更新中斷
if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
{
if (KEY_UP == 1)
{
gKeyDownTimeCunt = gKeyDownTimeCunt + 1; // 時間計數(shù)變量加1
}
// 松開后
else
{
// 短按
if (1 <= gKeyDownTimeCunt && gKeyDownTimeCunt <= 50)
{
gKeyDownTimeCunt = 0; // 清除時間計數(shù)變量
gKeyShotFlag = 1; // 短按標志位置1
}
// 長按
if (gKeyDownTimeCunt >= 100)
{
gKeyDownTimeCunt = 0; // 清除時間計數(shù)變量
gKeyLongFlag = 1; // 長按標志位置1
}
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update); // 清除TIM2更新中斷標志
}
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