当前位置：网站首页>8、【STM32】定时器（TIM）——中断、PWM、输入捕获实验（一文精通定时器）

这里使用的是32的通用定时器，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。

1.1、时基单元包括：

计数器寄存器 (TIMx_CNT)
预分频器寄存器 (TIMx_PSC)
自动重载寄存器 (TIMx_ARR)

1.2、通用定时器功能

16 位/32 位(仅 TIM2 和 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。
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 个独立通道（TIMx_CH1~4，TIM9~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

C．PWM 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/DMA（TIM9~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）

1.3、计数器模式

递增计数模式

在递增计数模式下，计数器从 0 计数到自动重载值（TIMx_ARR 寄存器的内容），然后重新

从 0 开始计数并生成计数器上溢事件。每次发生计数器上溢时会生成更新事件，或将 TIMx_EGR 寄存器中的 UG 位置 1（通过软件或使用从模式控制器）也可以生成更新事件。

发生更新事件时，将更新所有寄存器且将更新标志（TIMx_SR 寄存器中的 UIF 位）置 1（取

决于 URS 位）：

预分频器的缓冲区中将重新装载预装载值（TIMx_PSC 寄存器的内容）
自动重载影子寄存器将以预装载值进行更新

递减计数模式

在递减计数模式下，计数器从自动重载值（TIMx_ARR 寄存器的内容）开始递减计数到 0，

然后重新从自动重载值开始计数并生成计数器下溢事件。每次发生计数器下溢时会生成更新事件，或将 TIMx_EGR 寄存器中的 UG 位置 1（通过软件或使用从模式控制器）也可以生成更新事件

发生更新事件时，将更新所有寄存器且将更新标志（TIMx_SR 寄存器中的 UIF 位）置 1（取

决于 URS 位）：

预分频器的缓冲区中将重新装载预装载值（TIMx_PSC 寄存器的内容）。
自动重载活动寄存器将以预装载值（TIMx_ARR 寄存器的内容）进行更新。注意，自动
重载寄存器会在计数器重载之前得到更新，因此，下一个计数周期就是我们所希望的新
的周期长度。

中心对齐模式（递增/递减计数）

在中心对齐模式下，计数器从 0 开始计数到自动重载值（TIMx_ARR 寄存器的内容）— 1，

生成计数器上溢事件；然后从自动重载值开始向下计数到 1 并生成计数器下溢事件。之后从 0 开始重新计数。

发生更新事件时，将更新所有寄存器且将更新标志（TIMx_SR 寄存器中的 UIF 位）置 1（取

决于 URS 位）：

预分频器的缓冲区中将重新装载预装载值（TIMx_PSC 寄存器的内容）。
自动重载活动寄存器将以预装载值（TIMx_ARR 寄存器的内容）进行更新。注意，如
果更新操作是由计数器上溢触发的，则自动重载寄存器在重载计数器之前更新，因此，
下一个计数周期就是我们所希望的新的周期长度（计数器被重载新的值）。

1.3 相关寄存器

TIMx_CR1控制寄存器

TIMx_DIER中断/DMA使能寄存器
TIMx_PSC预分频器
TIMx_CNT计数器(存储计数值)
TIMx_ARR自动重装载寄存器

二、定时器PWM输出

2.1、PWM输入模式

此模式是输入捕获模式的一个特例。其实现步骤与输入捕获模式基本相同，仅存在以下不同

之处：

两个 ICx 信号被映射至同一个 TIx 输入。
这两个 ICx 信号在边沿处有效，但极性相反。
选择两个 TIxFP 信号之一作为触发输入，并将从模式控制器配置为复位模式。

2.2、定时器PWM输出

脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用

微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。简单一点，就是对脉冲宽

度的控制。

上图定时器工作在向上计数 PWM模式，当 CNT<CCRx 时，输出 0，当 CNT>=CCRx 时输出 1。

STM32F4 的定时器除了 TIM6 和 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 和 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 的 CH1 产生一路 PWM 输出。

关于PWM在FPGA上的产生更加有助于理解

二、15【FPGA】呼吸灯实现_追逐者-桥的博客-CSDN博客_fpga 呼吸灯

脉冲宽度调制模式可以生成一个信号，该信号频率由 TIMx_ARR 寄存器值决定，其占空比则

由 TIMx_CCRx 寄存器值决定。

在 PWM 模式（1 或 2）下，TIMx_CNT 始终与 TIMx_CCRx 进行比较，以确定是TIMx_CCRx  TIMx_CNT 还是 TIMx_CNT TIMx_CCRx（取决于计数器计数方向）。不过，为了与 ETRF 相符（在下一个 PWM 周期之前，ETR 信号上的一个外部事件能够清除OCxREF），OCREF 信号仅在以下情况下变为有效状态：

比较结果发生改变，或输出比较模式（TIMx_CCMRx 寄存器中的 OCxM 位）从“冻结”配置（不进行比较， OCxM=“000”）切换为任一 PWM 模式（OCxM=“110”或“111”）。

定时器运行期间，可以通过软件强制 PWM 输出。根据 TIMx_CR1 寄存器中的 CMS 位状态，定时器能够产生边沿对齐模式或中心对齐模式的PWM 信号。

2.3、PWM输出相关寄存器

除了使用到了定时器中断的那几个寄存器外还用到了以下寄存器

TIMx_CCMR1/2捕获/比较模式寄存器
TIMx_CCER捕获/比较使能寄存器
TIMx_CCR1~4捕获/比较寄存器

三、定时器输入捕获

3.1、简介

输入捕获模式可以用来测量脉冲宽度或者测量频率。我们以测量脉宽为例，用一个简图来

说明输入捕获的原理，如图 15.1.1 所示：

就是输入捕获测量高电平脉宽的原理，假定定时器工作在向上计数模式，图中 t1~t2 时间，就是我们需要测量的高电平时间。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。

在 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。

STM32F4 的定时器，除了 TIM6 和 TIM7，其他定时器都有输入捕获功能。

3.2、寄存器配置

在输入捕获模式下，当相应的 ICx 信号检测到跳变沿后，将使用捕获/比较寄存器(TIMx_CCRx) 来锁存计数器的值。发生捕获事件时，会将相应的 CCXIF 标志（TIMx_SR 寄存器）置 1，并可发送中断或 DMA 请求（如果已使能）。如果发生捕获事件时 CCxIF 标志已处于高位，则会将重复捕获标志 CCxOF（TIMx_SR 寄存器）置 1。可通过软件向 CCxIF 写入 0 来给

CCxIF 清零，或读取存储在 TIMx_CCRx 寄存器中的已捕获数据。向 CCxOF 写入 0 后会将其清零。

以下示例说明了如何在 TI1 输入出现上升沿时将计数器的值捕获到 TIMx_CCR1 中。具体操

作步骤如下：

选择有效输入：TIMx_CCR1 必须连接到 TI1 输入，因此向 TIMx_CCMR1 寄存器中的
CC1S 位写入 01。只要 CC1S 不等于 00，就会将通道配置为输入模式，并且 TIMx_CCR1
寄存器将处于只读状态。
根据连接到定时器的信号，对所需的输入滤波时间进行编程（如果输入为 TIx 输入之
一，则对 TIMx_CCMRx 寄存器中的 ICxF 位进行编程）。假设信号变化时，输入信号
最多在 5 个内部时钟周期内发生抖动。因此，我们必须将滤波时间设置为大于 5 个内部
时钟周期。在检测到 8 个具有新电平的连续采样（以 fDTS 频率采样）后，可以确认 TI1
上的跳变沿。然后向 TIMx_CCMR1 寄存器中的 IC1F 位写入 0011。

通过向 TIMx_CCER 寄存器中的 CC1P 位和 CC1NP 位写入 0，选择 TI1 通道的有效转
换边沿（本例中为上升沿）。
对输入预分频器进行编程。在本例中，我们希望每次有效转换时都执行捕获操作，因此
需要禁止预分频器（向 TIMx_CCMR1 寄存器中的 IC1PS 位写入 00）。
通过将 TIMx_CCER 寄存器中的 CC1E 位置 1，允许将计数器的值捕获到捕获寄存器中。
如果需要，可通过将 TIMx_DIER 寄存器中的 CC1IE 位置 1 来使能相关中断请求，并且/
或者通过将该寄存器中的 CC1DE 位置 1 来使能 DMA 请求。

3.3、发生输入捕获时：

发生有效跳变沿时，TIMx_CCR1 寄存器会获取计数器的值。
将 CC1IF 标志置 1（中断标志）。如果至少发生了两次连续捕获，但 CC1IF 标志未被
清零，这样CC1OF捕获溢出标志会被置 1。
根据 CC1IE 位生成中断。
根据 CC1DE 位生成 DMA 请求。

要处理重复捕获，建议在读出捕获溢出标志之前读取数据。这样可避免丢失在读取捕获溢出

标志之后与读取数据之前可能出现的重复捕获信息。

注意：通过软件将 TIMx_EGR 寄存器中的相应 CCxG 位置 1 可生成 IC 中断和/或 DMA 请求。

需要用到的寄存器有：TIMx_ARR、 TIMx_PSC、TIMx_CCMR1、TIMx_CCER、TIMx_DIER、TIMx_CR1、TIMx_CCR1

实战演练

一、定时器中断配置步骤

1.1、TIM3 时钟设置与使能

//设置时钟频率：HSE=8M  M=8  N=336 P=2 Q=7
//PLL=HSE/M=1M  PLLCLK=PLL*N/P=168M  USB=PLL*N/Q=48M
Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);

RCC_CFGR RCC时钟配置寄存器

想CFGR[12:10]位写5，即4分频，因此APB1=PLLCLK/4=42M

RCC->CFGR|=(0<<4)|(5<<10)|(4<<13);

TIM3 时钟使能

TIM3挂载在APB1时钟总线上，

TIM3由于在配置APB1的时候使用了4分频，所以定时器进行了2倍频，为84MHz。

RCC->APB1ENR |= 1<<1;

1.2、设置 TIM3_ARR 和 TIM3_PSC的值

时间计算公式：Tout = ( (arr+1) * (psc+1) ) / Tclk；

Tclk：TIM3 的输入时钟频率（单位为 Mhz）

Tout：TIM3 溢出时间（单位为 us）

TIM3->ARR=arr;        //设置TIM3的自动装载值
TIM3->PSC=psc;        //预分频器设置

1.3、设置 TIM3_DIER 允许更新中断

TIM3->DIER|=1<<0;

1.4、允许 TIM3 工作（TIM3_CR1）

TIM3->CR1|=0x01;

使能定时计数器器，且为递增计数

1.5、TIM3 中断分组与中断服务函数设置

中断分组，TIM3优先级配置

MY_NVIC_Init(1,3,TIM3_IRQn,2);

编写中断服务函数

TIMX-SR状态寄存器：

void TIM3_IRQHandler(void)
{ 		    		  			    
	if(TIM3->SR&0X0001)    //中断发生,最低位由硬件置1
	{
		LED1=!LED1;			    				   				     	    	
	}				   
	TIM3->SR&=~(1<<0);      //必须将最低位软件置0，等待下次中断的到来
}

1.6、主函数的编写

TIM(定时器)=84MHz psc(分频系数)=8400 arr(重装在值)=5000

定时器计数频率 = 84MHz / 8400 =10KHz

Tout = 5000 / 10KHz = 0.5s

int main(void)
{  
	Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);  //pll=1M pllclk=168M 
	delay_init(168);			
	LED_Init();		  			
 	TIM3_Int_Init(5000-1,8400-1);  //arr psc
	while(1)
	{
		LED0=!LED0;
		delay_ms(200);
	};
}

二、定时器PWM输出配置步骤

2.1、配置TIM14的输出端口

TIM14这里我们还要配置 PF9 为复用（AF9）输出，才可以实现 TIM14_CH1的 PWM 经过 PF9 输出。

RCC->APB1ENR|=1<<8;    //使能TIM13定时器的时钟
RCC->AHB1ENR|=1<<5;    //使能端口FA9的端口时钟
GPIO_Set(GPIOF,PIN9,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_100M,GPIO_PUPD_PU);
GPIO_AF_Set(GPIOF,9,9);	//PF9,AF9

2.2、设置 TIM14 的 ARR 和 PSC

TIM14->ARR=arr;          //重装载值
TIM14->PSC=psc;          //分频系数

2.3、TIM14-CH1设置为PWM输出模式

TIM14-CCMR1捕获比较寄存器1相关位描述

TIMx_CCER捕获/比较使能寄存器相关位描述

TIM14->CCMR1|=6<<4;    //打开TIM14的CH1
TIM14->CCMR1|=1<<3;    //使能与 TIM14_CCR1 相关的预装载寄存器
TIM14->CCER|=1<<0;     //下降沿触发，低电平有效
TIM14->CCER|=1<<1;     //使能CH1输出

2.4、TIMx_CR1控制寄存器 1，使能 TIM14

TIMx_CR1控制寄存器 1的相应位配置

TIM14->CR1|=1<<7;    //自动装载进行缓存
TIM14->CR1|=1<<0;    //定时计数器使能

2.5、主函数的编写和占空比控制

TIMx_CCR1捕获/比较寄存器 1相应位配置

#define LED0_PWM_VAL TIM14->CCR1

int main(void)
{  
	u16 led0pwmval=0;              //TIM14-CCR1的值，及占空比的计数值
	u8 dir=1;
	Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);    
	delay_init(168);			
 	TIM14_PWM_Init(500-1,84-1);	   //1MHz的计数频率，PWM频率2KHz,  T=0.5ms
   	while(1)
	{
 		delay_ms(10);	            //10ms重载一次占空比,20次PWM的输出
		if(dir)led0pwmval++;        //占空比增加
		else led0pwmval--;	        //占空比减小
 		if(led0pwmval>300)dir=0;    
		if(led0pwmval==0)dir=1;	
		LED0_PWM_VAL=led0pwmval;    //重新装载占空比值
	}
}

三、定时器输入捕获配置步骤

3.1、配置TIM5输入端口

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，PA0 的复用功能为 AF2。

RCC->APB1ENR|=1<<3;   	
RCC->AHB1ENR|=1<<0;   
GPIO_Set(GPIOA,PIN0,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_100M,GPIO_PUPD_PD);
GPIO_AF_Set(GPIOA,0,2);	//PA0,AF2 (TIM5-CH1)

3.2、设置 TIM5 的 ARR 和 PSC

计数分频系数与计数器数设置，在定时器中断有相关描述

TIM5->ARR=arr;
TIM5->PSC=psc;

3.3、TIM5-CH1(TI1)设置为输入捕获模式

TIM5-CCMR1捕获比较寄存器1相关位描述

TIM5_CCER捕获/比较使能寄存器相关位描述

TIM5->CCMR1|=1<<0;	     //CCIS位，将CC1设置成输入且映射到TI1
TIM5->CCMR1|=0<<4; 	     //IC1PSC,无分频
TIM5->CCMR1|=0<<10;      //IC1F，无滤波器
TIM5->CCER|=0<<1;        //CC1P,无反向，上升沿触发
TIM5->CCER|=1<<0;        //CC1E，使能输入捕获

3.4、设置 TIM5->DIER，使能捕获和更新中断。

TIM5->DIER|=1<<1; 
TIM5->DIER|=1<<0;

//设置软件控制产生更新事件，是载入PSC值立刻生效，否则要等到溢出后才生效
TIM5->EGR=1<<0;

3.5、TIMx_CR1控制寄存器 1，使能 TIM5

TIM5->CR1|=0x01;

3.6、设置中断分组及编写中断函数

MY_NVIC_Init(2,0,TIM5_IRQn,2)

u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;		     //捕获标志0x40上升沿捕获，0x80下降沿捕获			
u32	TIM5CH1_CAPTURE_VAL;	         //捕获计数值存储空间
void TIM5_IRQHandler(void)
{ 		    
	u16 tsr;
	tsr=TIM5->SR;                    //定时器状态寄存器
 	if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)                     //捕获未完成
	{
		if(tsr&0X01)                                      //定时器溢出标志
		{	     
			if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)                  //上升沿被捕获到后
			{
				if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)      //达到计数器溢出值 
				{
					TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;		      //标记捕获到了一个定时计数器周期
					TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFFFFFF;       //保存一个完成的计数周期
				}else TIM5CH1_CAPTURE_STA++;              //计数器未溢出
			}	 
		}
		if(tsr&0x02)                                  //发生上升沿捕获事件进入中断                
		{	
			if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)		    //上升沿捕获已完成，下降沿捕获中断进入
			{	  			
				TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;		    //已经捕获到下降沿标志
			    TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM5->CCR1;	    //储存捕获计数器值
	 			TIM5->CCER&=~(1<<1);			    //设置为上升沿捕获进入中断
			}else  						             //将计数器清零，重新计数		
			{
				TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;		        
				TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;
				TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40;		    //已经捕获到上升沿标志
				TIM5->CR1&=~(1<<0);    	            //使能定时器
	 			TIM5->CNT=0;					    //清空计数器
	 			TIM5->CCER|=1<<1; 			        //设置为下降沿捕获进入中断
				TIM5->CR1|=0x01;    			    //开启定时器
			}		    
		}			     	    					   
 	}
	TIM5->SR=0;  
}

3.7、输入捕获主函数

extern u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA;		
extern u32	TIM5CH1_CAPTURE_VAL;	
int main(void)
{  
	long long temp=0;  
	Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);
	delay_init(168);			
	uart_init(84,115200);		
 	TIM14_PWM_Init(500-1,84-1);	
 	TIM5_CH1_Cap_Init(0XFFFFFFFF,84-1);
   	while(1)
	{
 		delay_ms(10);
		LED0_PWM_VAL++;
		if(LED0_PWM_VAL==300)LED0_PWM_VAL=0;
 		if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)         //捕获到了一个定时器计数周期或者下降沿
		{
			temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;   //提取捕获值
			temp*=0XFFFFFFFF;		 		 //计算捕获时间
			temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;		 //加入定时器周期时间和下降沿捕获时间
			printf("HIGH:%lld us\r\n",temp); //输出捕获总时间
			TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;			 //将捕获标志位清0，进入下一次捕获
		}
	}
}