通用定时器原理是什么？具有哪些功能特点？

第一部分：stm32

（一）通用定时器原理：

1、STM32F1的有8个定时器，分别是2个基本定时器（TIM6、TIM7）、4个通 用定时器（TIM2-TIM5）和 2个高级定时器（TIM1、TIM8）
2、三种定时器的区别如下：

3、通用定时器的功能特点：
（1）位于低速的APB1总线上(APB1)
（2）16 位向上、向下、向上/向下(中心对齐)计数模式，自动装载计数器（TIMx_CNT）。
（3）16 位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx_PSC)，计数器时钟频率的分频系数 为 1～65535 之间的任意数值。
（4）4 个独立通道（TIMx_CH1~4），这些通道可以用来作为： 1、 输入捕获 2、输出比较3、PWM 生成(边缘或中间对齐模式) 4、单脉冲模式输出
（5）可使用外部信号（TIMx_ETR）控制定时器和定时器互连（可以用 1 个定时器控制另外一个定时器）的同步电路。
（6）如下事件发生时产生中断/DMA（6个独立的IRQ/DMA请求生成器）：
1、更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)
2、触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)
3、输入捕获
4、输出比较
5、支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路
6、触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理
（7）STM32 的通用定时器可以被用于：测量输入信号的脉冲长度(输入捕获)或者产生输出波形(输出比较和 PWM)等。
（8）使用定时器预分频器和 RCC 时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。STM32 的每个通用定时器都是完全独立的，没有互相共享的任何资源。
4、通用定时器是在基本定时器的基础上扩展而来，增加了输入捕获与输出比较等功能通用定时器主要由 计数部分、触发控制器、捕获/比较模块组成。
(1)计数部分的核心是计数器，受预分频器输出的信号(CK_CNT)驱动，实现向上、向下、对齐模式的自动装载计数。
(2)预分频器输入由触发控制器控制，可选内部时钟、外部触发输入、内部触发接口、外部输入，这是实现各种从模式的关键部分。
(3)捕获/比较模块是实现通用定时器各种输入输出的功能部分，主要分为输入部分、输出部分和模式控制部分。
5、通用定时器时钟的选择：

时钟计算方法：

计算Update时间公式
Tout = ((arr+1)(psc+1))/Tclk
其中arr为你重装的值，psc是预分频计时器的值，Tclk是时钟频率
(psc+1))/Tclk1是计算的计数器 减少/增加 一个数所用的时间；那么(psc+1))/Tclk*(arr+1)就是一次定时时间；然后继续重装arr再次计数，计时：就构成一个循环；
举例：
Tout= ((arr+1)(psc+1))/Tclk；比如Tout=(4999+1)(7199+1)/72000000=0.5s,也就是说你的中断时间为0.5s.
6、计数模式：
通用定时器可以向上计数、向下计数、向上向下双向计数模式。
①向上计数模式：计数器从0计数到自动加载值(TIMx_ARR)，然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。
②向下计数模式：计数器从自动装入的值(TIMx_ARR)开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始，并产生一个计数器向下溢出事件。
③中央对齐模式（向上/向下计数）：计数器从0开始计数到自动装入的值-1，产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到1并且产生一个计数器溢出事件；然后再从0开始重新计数。

7、通用定时器框图：

8、计数时钟的选择有8种：

9、时基单元：

10、更新事件：

11、输入捕获与PWM输出：



12、通用定时器相关寄存器介绍：
（1）控制寄存器 1（TIMx_CR1） ，该寄存器的各位描述如下图所示：

首先我们来看看 TIMx_CR1 的最低位，也就是计数器使能位，该位必须置 1，才能让定时器开始计数。从第 4 位 DIR 可以看出默认的计数方式是向上计数，同时也可以向下计数，第 5,6位是设置计数对齐方式的。从第 8 和第 9 位可以看出，我们还可以设置定时器的时钟分频因子为 1,2,4。
（2）DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER）。 该寄存器是一个 16 位的寄存器，其各位描述如下图所示：

这里我们同样仅关心它的第 0 位，该位是更新中断允许位，本章用到的是定时器的更新中断，所以该位要设置为 1，来允许由于更新事件所产生的中断。
（3）预分频寄存器（TIMx_PSC） 该寄存器用设置对时钟进行分频，然后提供给计数器，作为计数器的时钟。该寄存器的各位描述下图所示：

这里，定时器的时钟来源有 4 个：
1）内部时钟（CK_INT） 2）外部时钟模式 1：外部输入脚（TIx） 3）外部时钟模式 2：外部触发输入（ETR） 4）内部触发输入（ITRx）：使用 A 定时器作为 B 定时器的预分频器（A 为 B 提供时钟）。
这些时钟，具体选择哪个可以通过 TIMx_SMCR 寄存器的相关位来设置。这里的 CK_INT时钟是从 APB1 倍频的来的，除非 APB1 的时钟分频数设置为 1，否则通用定时器 TIMx 的时钟是 APB1 时钟的 2 倍，当 APB1 的时钟不分频的时候，通用定时器 TIMx 的时钟就等于 APB1的时钟。这里还要注意的就是高级定时器的时钟不是来自 APB1，而是来自 APB2 的。
（4） TIMx_CNT 寄存器 ，该寄存器是定时器的计数器，该寄存器存储了当前
定时器的计数值。
（5）自动重装载寄存器（TIMx_ARR） ，该寄存器在物理上实际对应着 2 个寄存器。一个是程序员可以直接操作的，另外一个是程序员看不到的，这个看不到的寄存器在《STM32参考手册》里面被叫做影子寄存器。事实上真正起作用的是影子寄存器。根据 TIMx_CR1 寄存器中 APRE 位的设置：APRE=0 时，预装载寄存器的内容可以随时传送到影子寄存器，此时 2者是连通的；而 APRE=1 时，在每一次更新事件（UEV）时，才把预装在寄存器的内容传送到影子寄存器。
自动重装载寄存器的各位描述如下图所示：

（6）状态寄存器（TIMx_SR） 该寄存器用来标记当前与定时器相关的各种事件/中断是否发生。该寄存器的各位描述如下图所示：

只要对以上几个寄存器进行简单的设置，我们就可以使用通用定时器了，并且可以产生中断。
总结：

通用定时器的核心是计数器，比如是向上计数模式，当计数器从0开始计数到设定值，便会产生中断，从而在中断服务函数里执行其他的操作。通用定时器拥有4 个独立通道（TIMx_CH1~4），这些通道可以用来作为： 1、 输入捕获 2、输出比较3、PWM 生成(边缘或中间对齐模式) 4、单脉冲模式输出

（二）定时器中断函数配置与程序源码
首先要提到的是，定时器相关的库函数主要集中在固件库文件 stm32f10x_tim.h 和 stm32f10x_tim.c 文件中。


1、定时器中断函数配置方法：
1）TIM3 时钟使能。
TIM3 是挂载在 APB1 之下，所以我们通过 APB1 总线下的使能使能函数来使能 TIM3。调用的函数是：
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能
2）初始化定时器参数,设置自动重装值，分频系数，计数方式等。
在库函数中，定时器的初始化参数是通过初始化函数 TIM_TimeBaseInit 实现的：
voidTIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDefTIMx,TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct);
第一个参数是确定是哪个定时器，这个比较容易理解。第二个参数是定时器初始化参数结构体指针，结构体类型为 TIM_TimeBaseInitTypeDef，下面我们看看这个结构体的定义：


typedef struct
{
uint16_t TIM_Prescaler;
uint16_t TIM_CounterMode;
uint16_t TIM_Period;
uint16_t TIM_ClockDivision;
uint8_t TIM_RepetitionCounter;
} TIM_TimeBaseInitTypeDef;


这个结构体一共有 5 个成员变量，要说明的是，对于通用定时器只有前面四个参数有用，最后一个参数TIM_RepetitionCounter 是高级定时器才有用的，这里不多解释。
第一个参数 TIM_Prescaler 是用来设置分频系数的，刚才上面有讲解。
第二个参数 TIM_CounterMode 是用来设置计数方式，上面讲解过，可以设置为向上计数，
向下计数方式还有中央对齐计数方式，比较常用的是向上计数模式 TIM_CounterMode_Up 和向下计数模式 TIM_CounterMode_Down。
第三个参数是设置自动重载计数周期值，这在前面也已经讲解过。
第四个参数是用来设置时钟分频因子。
针对 TIM3 初始化范例代码格式：


TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 5000;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =7199;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);


3）设置 TIM3_DIER 允许更新中断。
因为我们要使用 TIM3 的更新中断，寄存器的相应位便可使能更新中断。在库函数里面定
时器中断使能是通过 TIM_ITConfig 函数来实现的：
void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState)；
第一个参数是选择定时器号，这个容易理解，取值为 TIM1~TIM17。
第二个参数非常关键，是用来指明我们使能的定时器中断的类型，定时器中断的类型有很
多种，包括更新中断 TIM_IT_Update，触发中断 TIM_IT_Trigger，以及输入捕获中断等等。
第三个参数就很简单了，就是失能还是使能。
例如我们要使能 TIM3 的更新中断，格式为：
TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE );
4）TIM3 中断优先级设置。
在定时器中断使能之后，因为要产生中断，必不可少的要设置 NVIC 相关寄存器，设置中断优先级。之前多次讲解到用 NVIC_Init 函数实现中断优先级的设置，这里就不重复讲解。
5）允许 TIM3 工作，也就是使能 TIM3。
光配置好定时器还不行，没有开启定时器，照样不能用。我们在配置完后要开启定时器，通过 TIM3_CR1 的 CEN 位来设置。在固件库里面使能定时器的函数是通过 TIM_Cmd 函数来实现的：
void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState)
这个函数非常简单，比如我们要使能定时器 3，方法为：
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能 TIMx 外设
6）编写中断服务函数。
在最后，还是要编写定时器中断服务函数，通过该函数来处理定时器产生的相关中断。在中断产生后，通过状态寄存器的值来判断此次产生的中断属于什么类型。然后执行相关的操作，我们这里使用的是更新（溢出）中断，所以在状态寄存器 SR 的最低位。在处理完中断之后应该向 TIM3_SR 的最低位写 0，来清除该中断标志。
在固件库函数里面，用来读取中断状态寄存器的值判断中断类型的函数是：
ITStatus TIM_GetITStatus(TIM_TypeDef TIMx, uint16_t)*
该函数的作用是，判断定时器 TIMx 的中断类型 TIM_IT 是否发生中断。比如，我们要判断定时器3是否发生更新（溢出）中断，方法为：
if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET){}
固件库中清除中断标志位的函数是：
void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef TIMx, uint16_t TIM_IT)*
该函数的作用是，清除定时器 TIMx 的中断 TIM_IT 标志位。使用起来非常简单，比如我们在TIM3 的溢出中断发生后，我们要清除中断标志位，方法是：
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update );
这里需要说明一下，固件库还提供了两个函数用来判断定时器状态以及清除定时器状态标志位的函数 TIM_GetFlagStatus 和 TIM_ClearFlag，他们的作用和前面两个函数的作用类似。只是在 TIM_GetITStatus 函数中会先判断这种中断是否使能，使能了才去判断中断标志位，而TIM_GetFlagStatus 直接用来判断状态标志位。


2、定时器中断程序：
定时器中断配置
头文件
#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H
#include "sys.h"
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc);
#endif
源文件
#include "timer.h"
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);
//定时器TIM3初始化
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
//初始化IO口
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE );
//中断优先级NVIC设置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}
//定时器3中断服务程序
void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中断
{
        if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)  //检查TIM3更新中断发生与否
                {
                TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx更新中断标志
                PEout(5)=!PEout(5);
                }
}


Main函数
#include "delay.h"
#include "timer.h"
int main(void)
{               
  delay_init();                                         //延时函数初始化          
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级
TIM3_Int_Init(4999,7199);                 //10Khz的计数频率，计数到5000为500ms  
  while(1)
{
            PBout(5)=!PBout(5);
                delay_ms(50);                  
}         
}         



注：过定时器中断配置，每500ms中断一次，中断服务函数中控制LED实现LED1状态取反
Tout（溢出时间）=（ARR+1)(PSC+1)/Tclk