STM32-高级定时器

以STM32F407为例。

高级定时器

高级定时器比通用定时器增加了可编程死区互补输出、重复计数器、带刹车（断路）功能，这些功能都是针对工业电机控制方面。

功能框图

16位向上、向下、向上/向下自动重装载计数器。

16位可编程预分频器，1~65536。

多达4个独立通道，用于：

        输入捕获

        输出比较

        PWM产生（边沿对齐模式和中心对齐模式）

        单脉冲模式输出

具有可编程死区时间的互补输出。

用外部信号控制定时器的同步电路，并将多个定时器互连在一起。

重复计数器，仅在给定次数的计数器循环后更新定时器寄存器。

中断输入，使定时器的输出信号处于复位状态或已知状态。

中断/DMA生成以下事件：

        更新：计数器溢出/下溢，计数器初始化（由软件或内部/外部触发）

        触发事件（计数器启动、停止、初始化或由内部/外部触发计数）

        输入捕获

        输出比较

        断路输入

支持增量（正交）编码器和霍尔传感器电路的定位目的。

触发输入外部时钟或逐周期电流管理。

时钟源

高级控制定时器可选四种时钟源：

内部时钟源CK_INT

外部时钟模式1：外部输入引脚TIx（x=1/2/3/4）

外部时钟模式2：外部触发输入ETR

内部触发输入ITRx（x=1/2/3/4）

内部时钟源CK_INT

时钟信号来自芯片内部，为主频168M（STM32F407为例）。一般情况下都是使用内部时钟。当从模式控制寄存器TIMx_SMCR：SMS位为000时使用内部时钟。

外部时钟模式1：外部输入引脚TIx（x=1/2/3/4）

时钟信号来自定时器的输入通道TI1/2/3/4，即TIMx_CH1/2/3/4。具体使用哪一路信号，由TIM_CCMRx：CCxS[1：0]配置。CCMR1控制TI1/2，CCMR2控制TI3/4。

如果来自外部时钟信号的频率过高或混杂有高频干扰信号的话，就需要使用滤波器对信号重新采样，来达到降频或者去除高频干扰的目的，具体由TIMx_CCMRx：ICxF[3：0]配置。

边沿检测的信号来自于滤波器的输出，在成为触发信号前需要进行边沿检测，决定是上升沿有效还是下降沿有效，具体由TIMx_CCER：CCxP和CCxNP位配置。

触发源有两个：滤波后的定时器输入1（TI1FP1）、滤波后的定时器输入2（TI1FP2），具体由TIMx_SMCR：TS[2：0]配置。

选定了触发源信号后，需要把信号连接到TRGI引脚，让触发信号成为外部时钟模式1的输入，最终等于CK_PSC，然后驱动计数器CNT计数。具体由TIMx_SMCR：SMS[2：0]配置，000时为外部时钟模式1。

经过上面的5个步骤后，最后只需使能计数器开始计数，外部时钟模式1的配置就算完成了。具体由TIMx_CR1：CEN位配置。

外部时钟模式2：外部触发输入ETR

时钟信号来自定时器的特定输入通道TIMx_ETR，只有一个。

外部触发极性来自ETR引脚输入的信号，可以选择上升沿有效还是下降沿有效，具体由TIMx_SMCR：ETP位配置。

由于ETRP的信号频率不得超过TIMx_CLK的1/4，当触发信号的频率很高时必须使用分频器来降频，具体由TIMx_SMCR：ETPS[1：0]配置。

如果ETRP的信号频率过高或混杂有高频干扰信号的话，就需要使用滤波器对信号重新采样，来达到降频或者去除高频干扰的目的，具体由TIMx_SMCRx：ETF[3：0]配置。fDTS是由内部时钟CK_INT分频得到，具体由TIMx_CR1：CKD[1：0]配置。

经过滤波器滤波的信号连接到ETPF引脚后，触发信号成为外部时钟模式2的输入，最终等于CK_PSC，然后驱动计数器CNT计数。具体由TIMx_SMCR：ECE位配置，1时为外部时钟模式2。

经过上面的5个步骤后，最后只需使能计数器开始计数，外部时钟模式2的配置就算完成了。具体由TIMx_CR1：CEN位配置。

内部触发输入ITRx（x=1/2/3/4）

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和级联。主模式的定时器可以对从模式定时器只需复位、启动、停止或提供时钟。

高级控制定时器和部分通用定时器（TIM2~TIM5）可以设置为主模式或从模式，TIM9和TIM10可以设置为从模式。

如图，主模式定时器TIM1为从模式定时器TIM2提供时钟，即TIM1用作TIM2的预分频器。

控制器

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。

时基单元

高级控制定时器时基单元组成：计数器寄存器（CNT，16位有效）、预分频器寄存器（PSC，16位有效）、自动重装载寄存器（ARR，16位有效）、重复计数器寄存器（RCR，8位有效，高级定时器专有）。

PSC预分频器寄存器有一个输入时钟CK_PSC和一个输出时钟CK_CNT。输入时钟CK_PSC就是时钟源的输出，输出时钟CK_CNT用来驱动计数器CNT计数。通过设置预分频器PSC的值可以得到不同的CK_CNT，值为1~65536分频。

三种计数模式：递增、递减、中心对齐。

递增计数模式：计数器从0开始计数，每一CK_CNT脉冲，计数器就加1，直到计数器的值与ARR值相等，然后计数器又从0开始计数并生成计数器上溢事件，如此循环。如果禁用重复计数器，在计数器生成上溢事件就马上生成更新事件（UEV）；如果使能重复计数器，每生成一次上溢事件，重复计数器就减1，直到减为0时才会生成更新事件（UEV）。

递减计数模式：计数器从ARR值开始计数，每一CK_CNT脉冲，计数器就减1，直到计数器的值减为0，然后计数器又从ARR值开始计数并生成计数器下溢事件，如此循环。如果禁用重复计数器，在计数器生成下溢事件就马上生成更新事件（UEV）；如果使能重复计数器，每生成一次下溢事件，重复计数器就减1，直到减为0时才会生成更新事件（UEV）。

中心对齐模式：计数器从0开始递增，直到计数器的值与（ARR-1）值相等，生成计数器上溢事件。然后计数器又从ARR开始递减，直到计数器的值为1时生成计数器下溢事件。然后重新重0开始，如此循环。每次发送计数器上溢和下溢事件都会生成更新事件。

ARR自动重装载寄存器用来存放与CNT比较值。如果CNT值等于ARR值，就递减重复计数器。可以通过TIMx_CR1：ARPE位控制自动重装载影子寄存器功能，如果ARPE位置1，只有在事件更新时才把TIMx_ARR值赋给影子寄存器。如果ARPE位置0，则修改TIMx_ARR值时马上赋给影子寄存器。

在基本/通用定时器发生上溢/下溢事件时直接就生成更新事件，但对于高级控制定时器在硬件结构上多出了RCR重复计数器寄存器，在定时器发生上溢/下溢事件会递减重复计数器的值，当重复计数器的值为0时才生成更新事件。在发生N+1个上溢/下溢事件时产生更新事件（N为RCR的值）。

输入捕获

输入捕获可以对输入的信号上升沿、下降沿或双边沿进行捕获，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。

大概原理是当捕获到信号的跳变沿时，把CNT计数器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，就可以算出脉宽和频率。如果捕获的脉宽的时间长度超过捕获定时器的周期，就会发生溢出，需要额外做处理。