• 周四. 6月 30th, 2022

5G编程聚合网

5G时代下一个聚合的编程学习网

热门标签

stm32定时器/定时器中断/PWM输出/输入捕获

admin

11月 28, 2021

STM32F4 的通用定时器包含一个 16 位或 32 位自动重载计数器(CNT),该计数器由可编程预分频器(PSC) 驱动。 STM32F4 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。 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。 STM32F4 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。

STM3 的通用 TIMx (TIM2~TIM5 TIM9~TIM14)定时器功能包括:

1)16 /32 (TIM2 TIM5)向上、向下、向上/向下自动装载计数器(TIMx_CNT),注意: TIM9~TIM14 只支持向上(递增)计数方式。
2)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 165535 之间的任意数值。
34 个独立通道(TIMx_CH1~4TIM9~TIM14 最多 2 个通道),这些通道可以用来作为:
A.输入捕获
B.输出比较
CPWM 生成(边缘或中间对齐模式) ,注意: TIM9~TIM14 不支持中间对齐模式
D.单脉冲模式输出
4)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。
5)如下事件发生时产生中断/DMATIM9~TIM14 不支持 DMA):
A.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)
B.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)
C.输入捕获
D.输出比较
E.支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路(TIM9~TIM14 不支持)
F.触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理(TIM9~TIM14 不支持)

下面我们介绍一下与我们这章的实验密切相关的几个通用定时器的寄存器(以下均以 TIM2~TIM5 的寄存器介绍, TIM9~TIM14 的略有区别,具体请看《STM32F4xx 中文参考手册》 对应章节)。

 

 

 

 

 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),仅适用于 TIM2TIM3TIM4
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 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(一般都不会是 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以及 TIM9~TIM11 的时钟不是来
APB1,而是来自 APB2 的。

这里顺带介绍一下 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。

接着我们介绍自动重装载寄存器(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
STM32F4xx 中文参考手册》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,才把预装载寄存器(ARR) 的内容传送到影子寄存器。

 最后,我们要介绍的寄存器是: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图 13.1.5 所示:

 ***************************************************************定时器中断

1TIM3 时钟使能。
这里我们通过 APB1ENR 的第 1 位来设置 TIM3 的时钟,因为 Stm32_Clock_Init 函数里面把APB1的分频设置为4了,所以我们的TIM3时钟就是APB1时钟的2倍,等于系统时钟(84M)。
2) 设置 TIM3_ARR TIM3_PSC 的值。
通过这两个寄存器,我们来设置自动重装的值,以及分频系数。这两个参数加上时钟频率就决定了定时器的溢出时间。
3) 设置 TIM3_DIER 允许更新中断。因为我们要使用 TIM3 的更新中断,所以设置 DIER UIE 位为 1,使能更新中断。
4) 允许 TIM3 工作。
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 CEN 位来设置。
5TIM3 中断分组设置。
在定时器配置完了之后,因为要产生中断,必不可少的要设置 NVIC 相关寄存器,以使能TIM3 中断。
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。
通过以上几个步骤,我们就可以达到我们的目的了,使用通用定时器的更新中断,来控制DS1 的亮灭。

************************************************************定时器PWM

STM32F4 的定时器除了 TIM6 7。其他的定时器都可以用来产生 PWM 输出。其中高级定时器 TIM1 TIM8 可以同时产生多达 7 路的 PWM 输出。而通用定时器也能同时产生多达 4
路的 PWM 输出!这里我们仅使用 TIM14 CH1 产生一路 PWM 输出。

要使 STM32F4 的通用定时器 TIMx 产生 PWM 输出,除了上一章介绍的寄存器外,我们还会用到 3 个寄存器,来控制 PWM 的。这三个寄存器分别是:捕获/比较模式寄存器
TIMx_CCMR1/2)、捕获/比较使能寄存器(TIMx_CCER)、捕获/比较寄存器(TIMx_CCR1~4)。
接下来我们简单介绍一下这三个寄存器。

 

 

 

 

 

 

 如果是通用定时器,则配置以上三个寄存器就够了,但是如果是高级定时器,则还需要配置:刹车和死区寄存器(TIMx_BDTR),该寄存器各位描述如图 14.1.5 所示:

 

 1) 开启 TIM14 时钟,配置 PF9 选择复用功能 AF9TIM14) 输出。要使用 TIM14,我们必须先开启 TIM14 的时钟(通过 APB1ENR 设置),这点相信大家看了
这么多代码,应该明白了。这里我们还要配置 PF9 为复用(AF9) 输出, 才可以实现 TIM14_CH1PWM 经过 PF9 输出。
2)设置 TIM14 ARR PSC
在开启了 TIM14 的时钟之后,我们要设置 ARR PSC 两个寄存器的值来控制输出 PWM的周期。当 PWM 周期太慢(低于 50Hz)的时候,我们就会明显感觉到闪烁了。因此, PWM
周期在这里不宜设置的太小。
3) 设置 TIM14_CH1 PWM 模式。
接下来,我们要设置 TIM14_CH1 PWM 模式(默认是冻结的),因为我们的 DS0 是低电平亮,而我们希望当 CCR1 的值小的时候, DS0 就暗, CCR1 值大的时候, DS0 就亮,所以我
们要通过配置 TIM14_CCMR1 的相关位来控制 TIM14_CH1 的模式。
4) 使能 TIM14 CH1 输出,使能 TIM14
在完成以上设置了之后,我们需要开启 TIM14 的通道 1 输出以及 TIM14。前者通过TIM14_CCER1 来设置,是单个通道的开关,而后者则通过 TIM14_CR1 来设置,是整个 TIM14
的总开关。只有设置了这两个寄存器,这样我们才能在 TIM14 的通道 1 上看到 PWM 波输出。
5) 修改 TIM14_CCR1 来控制占空比。
最后,在经过以上设置之后, PWM 其实已经开始输出了,只是其占空比和频率都是固定的,而我们通过修改 TIM14_CCR1 则可以控制 CH1 的输出占空比。继而控制 DS0 的亮度。
通过以上 5 个步骤,我们就可以控制 TIM14 CH1 输出 PWM 波了。 这里特别提醒一下大家,高级定时器虽然和通用定时器类似,但是高级定时器要想输出 PWM,必须还要设置一
MOE (TIMx_BDTR 的第 15 ),以使能主输出,否则不会输出 PWM!!

 *******************************************输入捕获

测量的高电平时间。测量方法如下:首先设置定时器通道 x 为上升沿捕获,这样, t1 时刻,就会捕获到当前的 CNT 值,然后立即清零 CNT,并设置通道 x
为下降沿捕获,这样到 t2 时刻,又会发生捕获事件,得到此时的 CNT 值,记为 CCRx2。 这样,根据定时器的计数频率,我们就可以算出 t1~t2 的时间,从而得到高电平脉宽。
t1~t2 之间,可能产生 N 次定时器溢出,这就要求我们对定时器溢出,做处理,防止高电平太长,导致数据不准确。如图15.1.1所示, t1~t2之间, CNT计数的次数等于: N*ARR+CCRx2
有了这个计数次数,再乘以 CNT 的计数周期,即可得到 t2-t1 的时间长度,即高电平持续时间。输入捕获的原理,我们就介绍到这。

STM32F4 的定时器,除了 TIM6 TIM7,其他定时器都有输入捕获功能。 STM32F4 的输入捕获,简单的说就是通过检测 TIMx_CHx 上的边沿信号,在边沿信号发生跳变(比如上升沿
/下降沿)的时候,将当前定时器的值( TIMx_CNT)存放到对应的通道的捕获/比较寄存器(TIMx_CCRx)里面,完成一次捕获。同时还可以配置捕获时是否触发中断/DMA 等。

TIMx_CCMR1 明显是针对 2 个通道的配置,低八位[70]用于捕获/比较通道 1 的控制,而高八位[158]则用于捕获/比较通道 2 的控制,因为 TIMx 还有 CCMR2 这个寄存器,所以可以知道
CCMR2 是用来控制通道 3 和通道 4(详见《STM32F4xx 中文参考手册》 435 页, 15.4.8 节)。

其中 CC1S[1:0],这两个位用于 CCR1 的通道配置, 这里我们设置 IC1S[1:0]=01,也就是配置 IC1 映射在 TI1 上(关于 IC1TI1 不明白的,可以看《STM32F4xx 中文参考手册》 393 页的
119-通用定时器框图),即 CC1 对应 TIMx_CH1。输入捕获 1 预分频器 IC1PSC[1:0],这个比较好理解。我们是 1 次边沿就触发 1 次捕获,所以选择 00 就是了。

输入捕获 1 滤波器 IC1F[3:0],这个用来设置输入采样频率和数字滤波器长度。其中,fck_int是定时器的输入频率(TIMxCLK),一般为 84Mhz/168Mhz(看该定时器在那个总线上),而fdts
则是根据TIMx_CR1CKD[1:0]的设置来确定的,如果CKD[1:0]设置为00,那么 fdts= fck_int

N 值就是滤波长度,举个简单的例子:假设 IC1F[3:0]=0011,并设置 IC1 映射到通道 1 上,且为上升沿触发,那么在捕获到上升沿的时候,再以 fck_int的频率,连续采样到 8 次通道 1 的电
平,如果都是高电平,则说明却是一个有效的触发,就会触发输入捕获中断(如果开启了的话)。
这样可以滤除那些高电平脉宽低于 8 个采样周期的脉冲信号,从而达到滤波的效果。这里,我们不做滤波处理,所以设置 IC1F[3:0]=0000,只要采集到上升沿,就触发捕获。

所以,要使能输入捕获,必须设置 CC1E=1,而 CC1P 则根据自己的需要来配置。
接下来我们再看看 DMA/中断使能寄存器: TIMx_DIER,该寄存器的各位描述见图 13.1.2(在第 13 章),本章,我们需要用到中断来处理捕获数据,所以必须开启通道 1 的捕获比较中
断,即 CC1IE 设置为 1
控制寄存器: TIMx_CR1,我们只用到了它的最低位,也就是用来使能定时器的,这里前面两章都有介绍,请大家参考前面的章节。
最后再来看看捕获/比较寄存器 1TIMx_CCR1,该寄存器用来存储捕获发生时, TIMx_CNT的值,我们从 TIMx_CCR1 就可以读出通道 1 捕获发生时刻的 TIMx_CNT 值,通过两次捕获(一
次上升沿捕获,一次下降沿捕获)的差值,就可以计算出高电平脉冲的宽度(注意,对于脉宽太长的情况,还要计算定时器溢出的次数)。

1)开启 TIM5 时钟,配置 PA0 为复用功能(AF2),并开启下拉电阻。
要使用 TIM5,我们必须先开启 TIM5 的时钟(通过 APB1ENR 设置)。 因为我们要捕获
TIM5_CH1 上面的高电平脉宽,所以先配置 PA0 为带下拉的复用功能,同时, 为了让 PA0 的复
用功能选择连接到 TIM5,所以设置 PA0 的复用功能为 AF2,即连接到 TIM5 上面。
2)设置 TIM5 ARR PSC
在开启了 TIM5 的时钟之后,我们要设置 ARR PSC 两个寄存器的值来设置输入捕获的自动重装载值和计数频率。
3)设置 TIM5 CCMR1
TIM5_CCMR1 寄存器控制着输入捕获 1 2 的模式,包括映射关系,滤波和分频等。这里我们需要设置通道 1 为输入模式,且 IC1 映射到 TI1(通道 1)上面,并且不使用滤波(提高响应
速度)器。
4) 设置 TIM5 CCER,开启输入捕获,并设置为上升沿捕获。
TIM5_CCER 寄存器是定时器的开关,并且可以设置输入捕获的边沿。 只有 TIM5_CCER寄存器使能了输入捕获,我们的外部信号,才能被 TIM5 捕获到,否则一切白搭。同时要设置
好捕获边沿, 才能得到正确的结果。
5) 设置 TIM5 DIER,使能捕获和更新中断,并编写中断服务函数
因为我们要捕获的是高电平信号的脉宽,所以,第一次捕获是上升沿,第二次捕获时下降沿,必须在捕获上升沿之后,设置捕获边沿为下降沿,同时,如果脉宽比较长,那么定时器就
会溢出,对溢出必须做处理,否则结果就不准了,不过,由于 STM32F4 TIM5 32 位定时器,假设计数周期为 1us,那么需要 4294 秒才会溢出一次,这基本上是不可能的。这两件事,
我们都在中断里面做,所以必须开启捕获中断和更新中断。
设置了中断必须编写中断函数,否则可能导致死机。我们需要在中断函数里面完成数据处理和捕获设置等关键操作,从而实现高电平脉宽统计。
6)设置 TIM5 CR1,使能定时器
最后,必须打开定时器的计数器开关,通过设置 TIM5_CR1 的最低位为 1,启动 TIM5 的计数器,开始输入捕获。


发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。