news 2026/10/19 11:55:52

STM32单片机 定时器TIM

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
STM32单片机 定时器TIM

分三个部分学习

第一部分,学习定时器定时基本功能,也就是定一个时间,然后让定时器每隔一个时间产生一个中断,来实现每隔一个固定时间执行一段程序的目的。比如要做个时钟、秒表、或者一些程序算法的时候,都需要定时中断的这个功能。

第二部分,学习定时器输出比较功能。输出比较功能模块最常见的用途是产生PWM波形,用于驱动电机等设备。学习用STM32输出的PWM波形来驱动舵机和直流电机的例子。

第三部分,主要学习定时器输入捕获功能,学习使用输入捕获这个模块来实现测量方波频率的例子。

第四部分,学习定时器的编码接口,使用编码接口能够方便的读取正交编码器的输出波形,在编码电机测速中应用广泛。

第一部分

STM32中功能最强大、结构最复杂的外设——TIM(Timer)定时器

  • 定时器可以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。
    • 可以看出来定时器就是计数器,当这个计数器的输入是一个准确可靠的基准时钟时,那它在对这个基准时钟进行计数的过程,实际上就是计时的过程。
    • 比如在STM32中,定时器的基准时钟一般都是主频72MHz,如果我对72MHz计72个数,那就是1MHz也就是1us的时间。如果计72000个数,那就是1KHz也就是1ms的时间。
  • 16位计数器、预分频器、自动重装寄存器的时基单元,在72MHz计数时钟下可以实现最大59.65s的定时。
    • 计数器就是用来执行计数定时的一个寄存器,每来一个时钟,计数器就加1。
    • 预分频器,可以对计数器的时钟进行分频,让计数更加灵活。
    • 自动重装寄存器就是计数的目标值,就是计多少个时钟时申请中断。
    • 计数器、预分频器、自动重装寄存器构成了定时器最核心的部分,我们把这一块电路称为时基单元,这些都是16位的,2^16=65536。如果预分频器设置最大,自动重装也设置最大,那么定时器的最大定时时间就是59.65s。怎么算的:72M/65536/65536,得到的是中断频率,然后取倒数为59.65s。如果嫌这个时间不够长,STM32定时器还支持级联的模式,也就是一个定时器的输出当作另一个定时器的输入,这样加一起,最大定时时间就是59.65s乘2次65536,大概是8千多年。
  • 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、输出比较、编码器接口、主从触发模式等多种功能。
  • 根据复杂度和应用场景分为了高级定时器(最复杂)、通用定时器(最常用)、基本定时器(最简单)三种类型。

定时器类型

重复计数器、死区生成、互补输出、刹车输入等功能主要的是为了三相无刷电机设计的。

从上图可以看出,这三种定时器是由高级到低级向下兼容的,高级定时器拥有通用定时器的全部功能,通用定时器又有基本定时器的全部功能。

对于STM32F103C8T6芯片,它内部拥有的定时器资源是TIM1、TIM2、TIM3、TIM4,也就是一个高级定时器和三个通用定时器,没有基本定时器。注意:不同型号,定时器的数量是不同的,在操作外设之前要查询它是否有这个外设。

基本定时器结构图

预分频器、计数器、自动重装寄存器,他们构成了最基本的计数计时电路,所以这一块叫时基单元

  • 预分频器之前,连接的就是基准计数时钟的输入,最终来到控制器。由于基本定时器只能选择内部时钟,所以可以直接认为这根线直连到了输入端这里,也就是内部时钟CK_INT。内部时钟的来源是RCC_TIMxCLK,这里的频率值一般是系统的主频72MHz。
  • 预分频器,就是对输入频率提前进行分频操作,它可以对这个72MHz的计数时钟进行预分频,比如:这个寄存器写0,那就不分频,或者说是1分频,这时候输出频率=输入频率=72MHz;如果预分频器写1,那就是2分频,输出频率=输入频率/2=36MHz;如果写2,那就是3分频,输出=输入/3=24MHz,以此类推。所以预分频器的值和实际的分频系数相差了1,即实际分频系数=预分频器的值+1。这个预分频器是16位的,所以最大值可以写65535,也就是65536分频。
  • 计数器,可以对预分频后的计数时钟进行计数,计数时钟每来一个上升沿,计数器的值就+1。这个计数器也是16位的,所以里面的值可以从0一直加到65535,如果再加的话,计时器就会回到0重新开始。所以计数器的值在计时过程中会不断自增运算,当自增运行到目标值时,产生中断,那就完成了定时任务,所以现在还需要一个存储目标值的寄存器,那就是自动重装寄存器了。
  • 自动重装寄存器,也是16位的,它存的就是我们写入的计数目标,当计数器等于目标值,计时时间到,自动重装寄存器就会产生中断、清零计数器,计数器自动开启下一次的计数计时。
  • 该箭头代表这里会产生中断信号,像这种计数器等于目标值产生的中断,称为“更新中断”,这个更新中断之后就会前往NVIC,我们再配置好NVIC的定时器通道,定时器的更新中断就能得到CPU的响应。
  • 该箭头代表产生一个事件,,对应的事件称为“更新事件”,更新事件不会触发中断,但可以触发内部其他电路工作。

总结

从基准时钟,到预分离器,再到计数器,计数器计数自增,同时不断与自动重装器比较,值相等时即计时时间到,这时就会同时产生更新中断和更新事件,CPU响应更新中断,就完成了我们定时中断任务。

主模式触发DAC的功能

能让内部的硬件在不受程序的控制下实现自动运行,实现硬件自动化,可以减轻CPU负担。

在我们使用DAC时,可能会用DAC输出一段波形,那就需要每隔一段时间来触发一次DAC,让它输出下一个电压点。

正常实现思路:先设置一个定时器产生中断,每隔一段时间在中断程序中调用代码手动触发一次DAC转换,然后DAC输出。但是这样会使主程序处于频繁被中断的状态,影响主程序的运行和其他中断的响应。

主模式

因此设计了主模式,使用主模式就可以把这个定时器的的更新事件映射到触发输出TRGO(Trigger Out)的位置,然后TRGO直接接到DAC的触发转换引脚上,这样定时器的更新就不需要通过中断来触发DAC转换,只需要把更新事件通过主模式映射到TRGO,然后TRGO就会直接去触发DAC了。

通用定时器结构图

中间部分和基本定时器结构一样,但是通用计数器的计数模式不止向上计数这一种,通用定时器和高级定时器还支持向下计数模式和中央对齐模式

向下计数模式

就是从重装值开始,向下自减到 0 之后回到重装值,同时申请中断,然后继续下一轮依次循环,这就是向下计数。

中央对齐计数模式

就是从 0 开始,先向上自增计到重装值申请中断,然后再向下自减到0,再申请中断,然后继续下一轮依次循环。

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