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HAL+M4学习记录_7

news 2026/2/7 21:50:30

一、TIM

记录学习HAL配置TIM定时器

1.1 简介

TIM（timer）定时器，16位或32位（TIM2和TIM5）计数器、预分频器（16位）、自动重装寄存器的时基单元；可对输入时钟进行计数，在计数值达到设定值时触发中断；根据复杂度和应用场景划分为了高级定时器、通用定时器和基本定时器；控制器上所有定时器都是彼此独立的，不共享任何资源。

类型	编号	总线	功能
高级	TIM1、TIM8	APB2	通用寄存器全部功能，重复计数器、死区生成、互补输出和刹车输入
通用	TIM2 to TIM5、TIM9 to TIM14	9、10和11在APB2，其他在APB1	基本定时器全功能，内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口和主从触发模式，9-14只支持向上计数
基本	TIM6、TIM7	APB1	定时中断、主模式触发DAC功能

1.2 通用定时器

TIM2 to TIM5拥有4个独立通道，这里给出通用定时器框图

通过框图，可以得到以下信息

TIMx_ETR：外部触发接口，ETR支持多种输入源：输入引脚（默认配置）、比较器输出和模拟看门狗
左侧TIMx_CHx：4个独立通道，主要用于输入捕获
TRGO：内部输出通道，主要用于定时器级联，ADC、DAC的定时器触发
OCx：4组输出比较单元
右侧TIMx_CHx：4个独立通道，主要用于输出比较

最上面一部分是定时器的时钟选择，有四个选择

内部时钟模式
CK_INT一般是84MHz。如果APB分频系数是1，则APB总线定时器时钟=APB总线时钟；如果APB分频系数不是1，则APB总线定时器时钟=APB总线时钟x2。
外部时钟模式1
外部时钟源使用外部输入引脚TIx作定时器时钟源。
外部时钟模式2
外部时钟源使用外部触发输入ETR，在TIM2 to TIM4中可用。
内部触发输入
内部触发输入ITRx，使用一个定时器作另一个定时器的时钟源。

框图右上角部分是控制器部分，有三个部件

触发控制器：对片内的一些外设输出，即内部输出通道
从模式控制器：控制计数器的复位、使能、递增/递减计数
编码器接口：用于电机控制

框图中间部分是时基单元，该部分包括三个寄存器

计数器寄存器（TIMx_CNT）
计数值是建立在分频的基础上，如预分频后频率为84MH在，那么计84次数为1us；该寄存器以CK_CNT为时钟。
预分频寄存器（TIMx_PSC）
用于设置定时器的分频。
自动重加载寄存器（TIMx_ARR）
自动重加载寄存器是计数器寄存器能达到的最大计数值；自动重加载寄存器内容是预装载的，对其进行读写操作会访问预装载寄存器；预装载寄存器内容既可以永久传送到影子寄存器（让设置立即起到效果的寄存器，能保证时钟同步），也可以在每次更新事件时传送到影子寄存器，就是让ARR寄存器的数值立即更新还是在每次更新事件发生的时候更新；自动重加载寄存器的值不能直接传到计数器寄存器，中间会经过一个影子寄存器，最后传到计数器寄存器。

框图左下部分是输入捕获功能：外部信号TIx由通道进入，先经过输入滤波和边沿检测，生成TIxFP1和TIxFP2；捕获通道ICx会根据软件对输入信号进行选择，后面的预分频器决定发生多少个事件进行一次捕获；经过预分频器的信号ICxPS是最终被捕获的信号，当发生捕获时，计数器CNT的值会被锁存到捕获寄存器CCR中并产生CCxI中断。

框图右下部份是输出比较功能：输出比较就是通过定时器的外部引脚对外输出控制信号，有冻结、将通道X（x=1,2,3,4）设置为匹配时输出有效电平、将通道X设置为匹配时输出无效电平、翻转、强制变为无效电平、强制变为有效电平、PWM1和PWM2这八种模式。当计数器CNT的值跟CCR的值相等时，输出参考信号OCxREF的极性会被改变，同时产生比较中断CCxI，相应的标志位会置位；在经过输出控制器后，产生输出信号OCx，OCx信号直接就是OCxREF信号。

1.3 时序图分析

预分频计数器时序
- 在预分频由1变为2的时序图
  
  CK_CNT原以CK_PSC同频，在改变分频系数后，会等待更新事件以更新CK_CNT频率，同时计数器寄存器会清零开始重新计数；在写入一个新的分频值时，更新事件发生之前计数器寄存器一直使用预分频器缓冲值（影子寄存器）进行计数，在更新事件发生时这个缓冲值才会被更新，然后计数器寄存器以更新后的分频值进行计数；预分频计数器频率不变，仍以预分频缓冲值为极点进行计数。
- 在预分频由1变为4的时序图
  
  CK_CNT原以CK_PSC同频，在改变分频系数后，会等待更新事件以更新CK_CNT频率，同时计数器寄存器会清零开始重新计数；在写入一个新的分频值时，更新事件发生之前计数器寄存器一直使用预分频器缓冲值（影子寄存器）进行计数，在更新事件发生时这个缓冲值才会被更新，然后计数器寄存器以更新后的分频值进行计数；预分频计数器频率不变，仍以预分频缓冲值为极点进行计数。
  计数器计数频率： $CK\_CNT = \frac{CK\_PSC}{(PSC+1)}$
  定时器定时周期： $\frac{1}{CK\_CNT}$
计数器时序
这里设置ARR=0x36，改变时钟频率以查看计数器变化，CK_INT = CK_PSC
- 分频系数为1
  
  可以看到，在使能位出现后，CNT在下一个上升沿更新频率，计数器寄存器开始计数；在遇到极值时，计数器溢出事件发生，同时更新事件发生，产生更新中断标志，计数器寄存器重新计数。
- 分频系数为2
  
  可以看到，CNT虽然在下一个上升沿就更新频率，但并不是在下一个上升沿就开始工作，而是在经过分频系数个上升沿后才开始工作
- 分频系数为4
- 分频系数为N
  
  计数器溢出频率： $CK\_CNT\_OV = CK\_CNT/(ARR+1) = CK\_PSC/(PSC+1)/(ARR+1)$
计数器预装时序
- 计数器无预装值
  
  自动重加载寄存器没有预装值，那么影子寄存器中也没有值，计数器寄存器当前值会与ARR值进行比较，若当前值大于ARR值，则产生计数溢出事件；若小于ARR值，则继续计数直到溢出。
- 计数器有预装值
  
  自动重加载寄存器没有预装值，那么影子寄存器中有值，计数器寄存器会以预装值为极值继续计数，直到碰到预装值，发生计数溢出同时更新ARR，即计数极值。

1.4 捕获/比较通道

输入捕获模式
在输入捕获模式，捕获/比较寄存器TIMx_CCRx用于在相应的ICx信号检测到转变后锁存计数器的值，即通道输入引脚出现指定电平跳变时，当前CNT的值会被锁存到CCR中。可用于测量PWM波频率、占空比、脉冲间隔、电平持续时间等，可配置为PWMI模式，同时测量频率和占空比；可配置为主从触发模式，实现硬件全自动测量。
输出比较模式
使用时基单元的寄存器仅仅能设置周期，不能设置占空比。输出比较OC可以通过比较CNT与CCR的关系来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波。

二、TIM的HAL库用法

2.1 定时器寄存器结构体

在stm32f4xx.h文件中给出了这个类型定义

typedef struct 
{ __IO uint32_t CR1;         /*!< TIM control register 1,              Address offset: 0x00 */ __IO uint32_t CR2;         /*!< TIM control register 2,              Address offset: 0x04 */ __IO uint32_t SMCR;        /*!< TIM slave mode control register,     Address offset: 0x08 */ __IO uint32_t DIER;        /*!< TIM DMA/interrupt enable register,   Address offset: 0x0C */ __IO uint32_t SR;          /*!< TIM status register,                 Address offset: 0x10 */ __IO uint32_t EGR;         /*!< TIM event generation register,       Address offset: 0x14 */ __IO uint32_t CCMR1;       /*!< TIM capture/compare mode register 1, Address offset: 0x18 */ __IO uint32_t CCMR2;       /*!< TIM capture/compare mode register 2, Address offset: 0x1C */ __IO uint32_t CCER;        /*!< TIM capture/compare enable register, Address offset: 0x20 */ __IO uint32_t CNT;         /*!< TIM counter register,                Address offset: 0x24 */ __IO uint32_t PSC;         /*!< TIM prescaler,                       Address offset: 0x28 */ __IO uint32_t ARR;         /*!< TIM auto-reload register,            Address offset: 0x2C */ __IO uint32_t RCR;         /*!< TIM repetition counter register,     Address offset: 0x30 */ __IO uint32_t CCR1;        /*!< TIM capture/compare register 1,      Address offset: 0x34 */ __IO uint32_t CCR2;        /*!< TIM capture/compare register 2,      Address offset: 0x38 */ __IO uint32_t CCR3;        /*!< TIM capture/compare register 3,      Address offset: 0x3C */ __IO uint32_t CCR4;        /*!< TIM capture/compare register 4,      Address offset: 0x40 */ __IO uint32_t BDTR;        /*!< TIM break and dead-time register,    Address offset: 0x44 */ __IO uint32_t DCR;         /*!< TIM DMA control register,            Address offset: 0x48 */ __IO uint32_t DMAR;        /*!< TIM DMA address for full transfer,   Address offset: 0x4C */ __IO uint32_t OR;          /*!< TIM option register,                 Address offset: 0x50 */ 
} TIM_TypeDef;

2.2 常用API

HAL_TIM_Base_MspInit()底层初始化回调函数，在调用HAL_TIM_Base_Init函数时会调用此函数，该函数是弱定义的
__HAL_TIM_GET_FLAG()函数获取定时器标志位是否被置位
__HAL_TIM_CLEAR_FLAG()函数清除定时器标志位

2.3 定时器初始化流程

配置定时器工作模式
底层初始化
启动定时器外设