STM32 定時器詳細篇（基於HAL庫）

東小東發表於2021-01-31

定時器

l 16位的向上、向下、向上/向下（中心對齊）計數模式，支援自動重灌載

l 16位的預分頻器

l 每個定時器都有多個獨立通道，每個通道可用於

* 輸入捕獲

* 輸出比較

* PWM輸出

* 單脈衝模式

l 高階定時器還可以產生互補輸出

l 可以產生中斷/DMA請求：

* 更新事件：計數器向上/向下溢位，計數器初始化（通過軟或者內部/外部觸發）

* 觸發事件：計數器啟動，停止，初始化或者有內部/外部觸發計數

* 輸入捕獲

* 輸出比較

一、定時器之計數模式

(一) 計數模式

向上計數

計數器從0向上計數（遞增）到自動裝載值，然後再次回到0開始計數，併產生一個計數溢位事件

向下計數

計數器從自動裝載值向下計數（遞減）到0，然後再次回到自動裝載值開始計數，併產生一個計數器向下溢位事件

中央對齊模式（向上/向下計數）

計數器從0開始計數到自動裝載值-1，併產生一個計數器溢位事件，然後再向下計數到0+1，併產生一個計數溢位事件，然後再向上計數。

（二）定時器的溢位時間計算

time=(ARR+1)*(PSC+1)/Tclk

ARR為自動裝載值

PSC:預分頻係數

Tclk:定時器的APB時鐘，通常等於系統時鐘

如：

tclk為72M

psc為7199

arr為4999

time=(4999+1)*(7199+1)/72 000 000 = 0.5s = 500ms

（三）CubeMX設定

這裡需要注意的是你所需要使用的定時器是掛載在APB1還是APB2。相應的要調節他們時脈頻率

選擇

選擇內部時鐘

基礎配置，這裡配置的是1秒計數

l Prescaler (PSC- 16 bits value)，預分頻器(PSC- 16位值)

l Counter Mode，計數器模式：

up 向上

down 向下

Center Aligned mode 中心對齊模式

l Counter Period (AutoReload Register - 16 bits value)，重灌載值

l auto-reload preload，自動重灌載開啟

開啟更新中斷

中斷優先順序數字越低越高

（四）程式設計記錄

中斷開啟

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim)

溢位事件回撥函式

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){
   if(htim->Instance == TIM1){
         
        HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin);//單獨輸出電平取反
     
     }
}

開啟中斷

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);

二、定時器之PWM

PWM即脈衝寬度調製，是一種模擬控制方式，通常用於LED的亮度調節。其實就是快速的高低電平變化讓人感覺不出來。

（一）瞭解一下HZ的概念

1HZ表示1秒變化一個週期

在家用交流點中：

50HZ表示電流每秒鐘來回變化50次，方向改變100次。

50HZ是50個週期，所以有50個正玄波形

這個圖表示的是1HZ變化，1個週期，1個正玄波

50HZ表示每個週期的時間=1S/50=0.02S=20ms

微控制器檢測交流電可以200ms內沒有檢測到高電平，則表示無輸入。

在計算機cpu等使用1khz=1000hz

在電磁波和機械波等，1Khz=1024hz

在PWM中

hz是頻率的單位

1hz 表示PWM的週期是一秒

1Khz表示一秒鐘有一千個週期，也就是週期是1ms

1KKhz、1Mhz表示一秒鐘有100萬個週期，也就是週期是1us

y秒=1/xHZ

1/1000=0.001S=1ms

1/1000000=0.000001S=1us

如果實現週期是100us

100us=0.0001S=1/0.0001= 10,000HZ

（二）PWM配置

ARR為自動裝載值

CCRx 為捕獲比較暫存器值

預分頻係數決定了PWM的時鐘速度

ARR的大小決定了PWM的週期

CRRx決定了輸出有效訊號的時間

有效訊號：

高電平

低電平

PWM模式：

模式1，不管是向上還是向下計數，當計數值小於重灌載值是輸出有效電平。

模式2，不管是向上還是向下計數，當計數值小於重灌載值是輸出無效電平。

PWM週期計算

Fpwm = 100M / ((arr+1)*(psc+1))(單位：Hz)

Fpwm = 100M / (arr+1)/(psc+1)(單位：Hz)

arr 是計數值

psc 是預分頻值

如：

3. 主頻=100M

4. arr=100

5. psc=1000

100,000,000/100/1000=1000Hz

（三） CubeMX設定

設定定時器使用內部時鐘

設定定時器的PWM通道1開啟

STM32F103C8T6對應的PWM通道為PA8

設定基礎引數

Prescaler,分配係數為36

Counter Period,重灌載值為100

所以：

PWM的頻率為：72 000 000/35/100=20 000 HZ（20KHZ），週期為 1/20000= 0.00005秒

PWM脈寬調製的最大值與重灌載值一致，其範圍為[0,100]

通道可以設定的值：

Mode,PWM的模式，可以選擇模式1或模式2

CH Polarity，有效電平，可選高或底

（四）程式設計

初始化

//開啟PWM輸出
HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);
//設定預設的佔空比值
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,TIM_CHANNEL_1,10);

while迴圈改變值

HAL_Delay(30);//延時30ms

//變數修改
if(i<100) i++;
else i=0;

//設定佔空比值
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,TIM_CHANNEL_1,i);

三、定時器之輸入捕獲

通過檢查定時器通道上的邊沿訊號，在邊沿訊號跳變（上升沿或者下降沿）的時候，將當前定時器的計數值儲存到對應的捕獲/比較暫存器裡面，完成一次捕獲。

通常用於檢測高電平持續時間、低電平持續時間、兩次下降沿的持續時間、兩次上升沿的持續時間

濾波器：

裡可以設定以什麼頻率採集多少次有效電平才說明邊沿觸發成功，如設定的是上升沿觸發，當上升沿發生時，濾波器或以fDTS的頻率採集ICF設定的次數，每次檢測是否是高電平，這樣可以防止誤觸發所帶來的計算干擾。

邊沿檢測器：

設定捕獲的觸發邊沿，可以設定上升沿或下降沿

通道選擇

通過暫存器可以設定其它通道輸入的值到該通道上

如通道1和通道2都可以對映到IC1,但通常是通道1是IC1,通道2是IC2,每個獨立一對一對映，互不干擾。

分頻器：

每2個事件觸發一次捕獲，如上升沿捕獲時，連續獲取到兩個上升沿後才會觸發計數

每4個事件觸發一次捕獲

每8個事件觸發一次捕獲

（一） CubeMX設定

開啟TIM4的通道1作為輸入捕獲通道，對應是PB6引腳

Internal Clock表示內部時鐘

input capture direct mode 表示輸入捕獲

根據硬體連線，這裡設定為上拉

開啟中斷

基礎配置

時鐘：72 000 000 /72 = 1 000 000 HZ= 1MHZ,所以計數一次為1us

最大計數值為65536，約為65ms

prolarity selection 為觸發計數邊沿，下降沿

（二）程式設計

測量低電平的持續時間，先下降沿後上升沿，記錄計數值，最終輸出us單位。

通用函式

//變數儲存
typedef struct 
{   
    uint8_t   flg; //0為未開始，1已經開始，2為結束
    uint16_t  num;//計數值
    uint16_t  num_period;//溢位次數
}COUNT_TEMP;

COUNT_TEMP count_temp={0};

//捕獲中斷髮送時的回撥函式
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
      //判斷定時器2
        if(TIM2 == htim->Instance){
            if ( count_temp.flg == 0 )
            {   
                // 清零定時器計數
                __HAL_TIM_SET_COUNTER(htim,0); 
                //設定上升沿觸發
                __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_2, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
                count_temp .flg = 1;    //設定已經開始    
                count_temp .num_period = 0;    //溢位計數清零        
                count_temp .num = 0; //計數清零
            }        
            else
            {
                // 獲取定時器計數值
                count_temp .num = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2,TIM_CHANNEL_2);
                //設定下降沿觸發
                __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_2, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING);
                count_temp .flg = 2;
            }
        }
}    

//定時器溢位回撥函式
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(TIM2 == htim->Instance){
    //每次溢位時間為65536us
    if(count_temp.flg==1)//還未成功捕獲
    {
                if(count_temp.num_period==0XFFFF)//電平太長了
                {
                    count_temp.flg=2;        //標記成功捕獲了一次
                    count_temp .num=0XFFFF;
                }else count_temp .num_period ++;
    }
    }
}

初始化

//開啟定時器溢位中斷
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);  
//開啟輸入捕獲中斷，設定下降沿觸發中斷
__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_2, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING); 
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_2);    //啟動輸入捕獲

while迴圈

//等待測量完畢
if(count_temp.flg == 2 )
{
    //計數計數值，0xFFFF為最大計數
    uint32_t ulTime = (uint32_t)count_temp .num_period * 0xFFFF + count_temp .num;
    //輸出測量的值
    printf ( "低電平時間：%d us\n",ulTime); 
    count_temp .flg = 0;            
}