2019年08月26日 | 【STM32H7教程】第32章 STM32H7的TIM定时器基础知识和HAL库API

32.1 初学者重要提示

  学习定时器外设推荐从硬件框图开始了解基本的功能特性，然后逐步深入了解各种特性，这种方式方便记忆和以后查阅。

  STM32H7的定时器输出100MHz方波是完全没问题。http://forum.armfly.com/forum.php?mod=viewthread&tid=86434 。

  STM32H7定时器进出中断的速度能跑到12.5MHz，所有程序在TCM和Flash运行没差别。http://forum.armfly.com/forum.php?mod=viewthread&tid=90836 。

  STM32H7的定时器输入捕获可以实现12MHz方波的双边沿捕获，单边沿可以做到24MHz。http://forum.armfly.com/forum.php?mod=viewthread&tid=91283。

  特别注意STM32H7的TIM1,8,15,16,17才有RCR重复计数器，其它都没用的。

  STM32H7的单个定时器中不同通道可以配置不同频率PWM。http://forum.armfly.com/forum.php?mod=viewthread&tid=89008 。

  STM32H7的TIM1-TIM17中断入口函数名使用时要注意，别搞错了：

TIM1_BRK_IRQHandler             

TIM1_UP_IRQHandler              

TIM1_TRG_COM_IRQHandler        

TIM1_CC_IRQHandler                                                    

TIM2_IRQHandler                                           

TIM3_IRQHandler                                                 

TIM4_IRQHandler                 

TIM5_IRQHandler            

TIM6_DAC_IRQHandler           <------------------要注意            

TIM7_IRQHandler 

TIM8_BRK_TIM12_IRQHandler      <------------------要注意，定时器12也是用的这个

TIM8_UP_TIM13_IRQHandler       <------------------要注意，定时器13也是用的这个

TIM8_TRG_COM_TIM14_IRQHandler  <------------------要注意，定时器14也是用的这个

TIM8_CC_IRQHandler          

TIM15_IRQHandler 

TIM16_IRQHandler 

TIM17_IRQHandler

32.2 定时器基础知识

注，不同定时支持的功能略有区别，基础定时器功能较少，TIM1和TIM8高级定时器功能多些。

  TIM2和TIM5是32位定时器，其它定时器都是16位定时器。16位和32位的区别是CNT计数器范围不同，32位的范围是0 到2^32 – 1，而16位的是0到65535；它们支持的分频是范围是一样的，都是1到65535。

  计数器支持递增、递减和递增/递减二合一。

  多个独立通道，可用于：

– 输入捕获。

– 输出比较。

– PWM 生成（边沿和中心对齐模式）。

– 单脉冲模式输出。

  带死区插入，断路功能和PWM互补输出，效果可看此贴：http://forum.armfly.com/forum.php?mod=viewthread&tid=88997 。

  发生如下事件时生成中断/DMA 请求：

– 更新：计数器上溢/下溢、计数器初始化（通过软件或内部/外部触发）

– 触发事件（计数器启动、停止、初始化或通过内部/外部触发计数）

– 输入捕获

– 输出比较

  支持增量式编码器和霍尔传感器。

32.2.1 定时器TIM1-TIM17的区别

STM32H7支持的定时器有点多，要简单的区分下。STM32H7支持TIM1-TIM8，TIM12-TIM17共14个定时器，而中间的TIM9，TIM10，TIM11是不存在的，这点要注意。

粗略的比较如下：

通过上面的表格，至少要了解到以下两点：

  STM32H7的定时器主要分为高级定时器，通用定时器，基础定时器和低功耗定时器。

  TIM2和TIM5是32位定时器，其它都是16位定时器。

32.2.2 定时器的硬件框图

认识一个外设，最好的方式就是看他的框图，方便我们快速的了解定时器的基本功能，然后再看手册了解细节。

下面我们直接看最复杂的高级定时器TIM1&TIM8框图：

通过这个框图，我们可以得到如下信息：

  TIMx_ETR接口

外部触发输入接口。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。

  截图左侧的TIMx_CH1，TIMx_CH2，TIMx_CH3和TIMx_CH4接口

这四个通道主要用于输入捕获，可以计算波形频率和脉宽。                                                                                                                             

  TIMx_BKIN和TIMx_BKIN2接口

断路功能，主要用于保护由 TIM1 和 TIM8 定时器产生的 PWM 信号所驱动的功率开关

  TRGO内部输出通道

主要用于定时器级联，ADC和DAC的定时器触发。

  6组输出比较单元OC1到OC6

OC1到OC4有对应的输出引脚，而OC5和OC6没有对应的输出引脚，主要用于内部控制。

  截图右侧的输出比较通道TIMx_CH1，TIMx_CH1N，TIMx_CH2，TIMx_CH2N，TIMx_CH3，TIMx_CH3N和TIMx_CH4

主要用于PWM输出，注意CH1到CH3有互补输出，而CH4没有互补输出。

  其它框图里面未展示出来功能

定时器TIM1&TIM8还支持的其它功能在用到的时候再做说明。

32.2.3 定时器的时基单元

定时器要工作就需要一个基本时基单元，而基本的时基单元是由下面几个寄存器组成的：

  预分频器寄存器 (TIMx_PSC)

用于设置定时器的分频，比如定时器的主频是200MHz，通过此寄存器可以将其设置为100MHz，50MHz，25MHz等分频值。

注：预分频器有个缓冲功能，可以让用户实时更改，新的预分频值将在下一个更新事件发生时被采用（以递增计数模式为例，就是CNT计数值达到ARR自动重装寄存器的数值时会产生更新事件）。

  计数器寄存器 (TIMx_CNT)

计数器是最基本的计数单元，计数值是建立在分频的基础上面，比如通过TIMx_PSC设置分频后的频率为100MHz，那么计数寄存器计一次数就是10ns。

  自动重载寄存器 (TIMx_ARR)

自动重装寄存器是CNT计数寄存器能达到的最大计数值，以递增计数模式为例，就是CNT计数器达到ARR寄存器数值时，重新从0开始计数。

注，自动重载寄存器是预装载的。对自动重载寄存器执行写入或读取操作时会访问预装载寄存器。预装载寄存器的内容既可以立即传送到影子寄存器（让设置立即起到效果的寄存器），也可以在每次发生更新事件时传送到影子寄存器。简单的说就是让ARR寄存器的数值立即更新还是更新事件发送的时候更新。

  重复计数器寄存器 (TIMx_RCR)

以递增计数模式为例，当CNT计数器数值达到ARR自动重载数值时，重复计数器的数值加1，重复次数达到TIMx_RCR+ 1后就，将生成更新事件。

注，只有TIM1，TIM8，TIM15，TIM16，TIM17有此寄存器。

比如我们要配置定时器实现周期性的中断，主要使用这几个寄存器即可。

32.2.4 定时器输出比较（PWM）

使用定时器时基单元的那几个寄存器仅仅能设置周期，还不能设置占空比。针对这个问题，还需要比较捕获寄存CCR的参与，这样就可以设置占空比了。

为了方便大家理解，以PWM 边沿对齐模式，递增计数配置为例：

  当计数器TIMx_CNT < 比较捕获寄存器TIMx_CCRx期间，PWM参考信号OCxREF输出高电平。

  当计数器TIMx_CNT >= 比较捕获寄存器TIMx_CCRx期间， PWM参考信号OCxREF输出低电平。

  当比较捕获寄存器TIMx_CCRx > 自动重载寄存器TIMx_ARR，OCxREF保持为1。

  当比较捕获寄存器TIMx_CCRx = 0，则OCxRef保持为0。

下面是TIMx_ARR=8的波形效果：

32.2.5 定时器输入捕获

与PWM一样，使用定时器实现输入捕获，仅靠时基单元的那几个寄存器是不行的，我们需要一个寄存器来记录发生捕获时的具体时间，这个寄存器依然由比较捕获寄存器TIMx_CCRx来实现。

比如我们要测量一路方波的周期：

  配置定时器为输入捕获模式，上升沿触发，设置分频，自动重装等寄存器，比如设置的CNT计数器计数1次是1微秒。

  当有上升沿触发的时候，TIMx_CCRx寄存器就会自动记录当前的CNT数值，然后用户就可以通过CC中断，在中断复位程序里面保存当前的TIMx_CCRx寄存器数值。等下次再检测到上升沿触发，两次时间求差就可以得到方波的周期。

不过这里要特别注意一点，如果CNT发生溢出（比如16位定时器，计数到65535就溢出了）就需要特别处理下，将CNT计数溢出考虑进来。

32.3 定时器的HAL库用法

定时器的HAL库用法其实就是几个结构体变量成员的配置和使用，然后配置GPIO、时钟，并根据需要配置NVIC、中断和DMA。下面我们逐一展开为大家做个说明。

32.3.1 定时器寄存器结构体TIM_TypeDef

定时器相关的寄存器是通过HAL库中的结构体TIM_TypeDef定义的，在stm32h743xx.h中可以找到这个类型定义：

typedef struct

{

  __IO uint16_t CR1;         /*!< TIM control register 1,                   Address offset: 0x00 */

  uint16_t      RESERVED0;   /*!< Reserved, 0x02                                                 */

  __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 uint16_t PSC;         /*!< TIM prescaler,                            Address offset: 0x28 */

  uint16_t      RESERVED9;   /*!< Reserved, 0x2A                                                 */

  __IO uint32_t ARR;         /*!< TIM auto-reload register,                 Address offset: 0x2C */

  __IO uint16_t RCR;         /*!< TIM repetition counter register,          Address offset: 0x30 */

  uint16_t      RESERVED10;  /*!< Reserved, 0x32                                                 */

  __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 uint16_t DCR;         /*!< TIM DMA control register,                 Address offset: 0x48 */

  uint16_t      RESERVED12;  /*!< Reserved, 0x4A                                                 */

  __IO uint16_t DMAR;        /*!< TIM DMA address for full transfer,        Address offset: 0x4C */

  uint16_t      RESERVED13;  /*!< Reserved, 0x4E                                                 */

  uint16_t      RESERVED14;  /*!< Reserved, 0x50                                                 */