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STM32之外设定时器 时间:2019-07-10      来源:深圳中心,曾老师

STM32之外设定时器

STM32F103系列的定时器有三类:

基本定时器(2个)

通用定时器(4个)

高级定时器(2个)

基本定时器:无对外输入/输出,常用作时基,实现基本的计数、定时功能。

通用定时器:除了基本定时器的时基功能外,还可对外做输入捕捉、输出比较以及连接其它传感器接口【编码器和霍尔传感器】。

高级定时器:此类定时器的功能最为强大,除了具备通用定时器的功能外,还包含一些与电机控制和数字电源应用相关的功能,比方带死区控制的互补信号输出、紧急刹车关断输入控制。

基本定时器

(1-1)基本定时器框图

i.基本定时器时钟 TIMxCLK,即内部时钟 CK_INT,经 APB1 预分频器后分频提供,如果 APB1  预分频系数等于 1,则频率不变,否则频率乘以 2,库函数中 APB1  预分频的系数是 2,即 PCLK1=36M,所以定时器时钟 TIMxCLK=36*2=72M。

ii.基本定时器时钟经过 PSC 预分频器之后,即 CK_CNT,用来驱动计数器计数。PSC 是一个 16 位的预分频器,可以对定时器时钟 TIMxCLK 进行 1~65536 之间的任何一个数进行分频。具体计算方式为:CK_CNT=TIMxCLK/(PSC+1)。

iii.计数器 CNT 是一个 16 位的计数器,只能往上计数,最大计数值为 65535。当计数达 到自动重装载寄存器的时候产生更新事件,并清零从头开始计数。

iv.自动重装载寄存器 ARR 是一个 16 位的寄存器,这里面装着计数器能计数的最大数 值。当计数到这个值的时候,如果使能了中断的话,定时器就产生溢出中断。

v.定时器的定时时间等于计数器的中断周期乘以中断的次数。计数器在 CK_CNT 的驱动 下,计一个数的时间则是 CK_CLK  的倒数,等于:1/(TIMxCLK/(PSC+1)),产生一次中断的时间则等于:1/(CK_CLK * ARR)。如果在中断服务程序里面设置一个变量 time,用来 记 录 中 断 的 次 数 , 那 么 就 可 以 计 算 出 我 们 需 要 的 定 时 时 间 等 于 : 1/CK_CLK  * (ARR+1)*time。

通用定时器

(1-2)通用定时器框图

通用定时器框图部分的内容与高级定时器其存在叠加部分,所以相关的描述见高级定时器的描述,如下:

高级定时器

(1-3)高级定时器框图

i.高级控制定时器有四个时钟源可选: 

 (1)内部时钟源 CK_INT ——内部时钟 CK_INT 即来自于芯片内部,等于 72M,一般情况下,我们都是使用内部时钟。当从模式控制寄存器 TIMx_SMCR 的 SMS 位等于 000 时,则使用内部时钟。

 (2)外部时钟模式 1:外部输入引脚 TIx(x=1,2,3,4)——当使用外部时钟模式 1 的时候,时钟信号来自于定时器的输入通道,总共有 4 个,分别为TI1/2/3/4,即TIMx_CH1/2/3/4。具体使用哪一路信号,由TIM_CCMRx的位CCxS[1:0]配置,其中 CCMR1 控制 TI1/2,CCMR2 控制 TI3/4。

 (3)外部时钟模式 2:外部触发输入 ETR ——当使用外部时钟模式 2 的时候,时钟信号来自于定时器的特定输入通道 TIMx_ETR,只有 1 个。

 (4)内部触发输入(ITRx)——内部触发输入是使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器。硬件上高级控制定时器和通用定时器在内部连接在一起,可以实现定时器同步或级联。主模式的定时器可以对从模式定时器执行复位、启动、停止或提供时钟。

ii.高级控制定时器控制器部分包括触发控制器、从模式控制器以及编码器接口。触发控制器用来针对片内外设输出触发信号,比如为其它定时器提供时钟和触发 DAC/ADC 转换。 

编码器接口专门针对编码器计数而设计。从模式控制器可以控制计数器复位、启动、递增/递减、计数。

iii.高级控制定时器时基单元功能包括四个寄存器,分别是计数器寄存器(CNT)、预分频器寄存器(PSC)、自动重载寄存器(ARR)和重复计数器寄存器(RCR)。其中重复计数器 RCR是高级定时器独有,通用和基本定时器没有。前面三个寄存器都是 16 位有效,TIMx_RCR寄存器是 8 位有效。

iv.输入捕获可以对输入的信号的上升沿,下降沿或者双边沿进行捕获,常用的有测量输入信号的脉宽和测量 PWM 输入信号的频率和占空比这两种。

输入捕获的大概的原理就是,当捕获到信号的跳变沿的时候,把计数器 CNT 的值锁存到捕获寄存器 CCR 中,把前后两次捕获到的 CCR 寄存器中的值相减,就可以算出脉宽或者频率。如果捕获的脉宽的时间长度超过你的捕获定时器的周期,就会发生溢出,这个我们需要做额外的处理。

v.输出比较就是通过定时器的外部引脚对外输出控制信号。(1)当计数器 CNT 的值跟比较寄存器 CCR 的值相等的时候,输出参考信号 OCxREF 的信号的极性就会改变,其中 OCxREF=1(高电平)称之为有效电平,OCxREF=0(低电平)称之为无效电平,并且会产生比较中断 CCxI,相应的标志位 CCxIF(SR 寄存器中)会置位。然后 OCxREF 再经过一系列的控制之后就成为真正的输出信号 OCx/OCxN。(2)在生成的参考波形 OCxREF 的基础上,可以插入死区时间(高级定时器所特有的),用于生成两路互补的输出信号 OCx 和 OCxN,死区时间的大小具体由 BDTR 寄存器的位 DTG[7:0]配置。死区时间的大小必须根据与输出信号相连接的器件及其特性来调整。(3)在输出比较的输出控制中,参考信号 OCxREF 在经过死区发生器之后会产生两路带死区的互补信号 OCx_DT 和 OCxN_DT(通道 1~3 才有互补信号,通道 4 没有,其余跟通道1~3 一样),这两路带死区的互补信号然后就进入输出控制电路,如果没有加入死区控制,那么进入输出控制电路的信号就直接是 OCxREF。(4)输出比较的输出信号最终是通过定时器的外部 IO 来输出的,分别为 CH1/2/3/4,其中前面三个通道还有互补的输出通道 CH1/2/3N。

vi.断路功能就是电机控制的刹车功能,使能断路功能时,根据相关控制位状态修改输出信号电平。在任何情况下,OCx 和 OCxN 输出都不能同时为有效电平,这关系到电机控制常用的 H 桥电路结构原因。

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