2020年02月07日 | 基于STM32F103系列单片机的11个定时器解析

STM32F103系列的单片机一共有11个定时器，其中：

2个高级定时器

4个普通定时器

2个基本定时器

2个看门狗定时器

1个系统嘀嗒定时器

除去看门狗定时器和系统滴答定时器的八个定时器列表;

8个定时器分成3个组；

TIM1和TIM8是高级定时器

TIM2-TIM5是通用定时器

TIM6和TIM7是基本的定时器

这8个定时器都是16位的，它们的计数器的类型除了基本定时器TIM6和TIM7都支持向上，向下，向上/向下这3种计数模式

计数器三种计数模式

向上计数模式：从0开始，计到arr预设值，产生溢出事件，返回重新计时

向下计数模式：从arr预设值开始，计到0，产生溢出事件，返回重新计时

中央对齐模式：从0开始向上计数，计到arr产生溢出事件，然后向下计数，计数到1以后，又产生溢出，然后再从0开始向上计数。（此种技术方法也可叫向上/向下计数）

基本定时器（TIM6，TIM7）的主要功能：

只有最基本的定时功能，。基本定时器TIM6和TIM7各包含一个16位自动装载计数器，由各自的可编程预分频器驱动

通用定时器（TIM2~TIM5）的主要功能：

除了基本的定时器的功能外，还具有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）

高级定时器（TIM1，TIM8）的主要功能：

高级定时器不但具有基本，通用定时器的所有的功能，还具有控制交直流电动机所有的功能，你比如它可以输出6路互补带死区的信号，刹车功能等等

通用定时器的时钟来源;

a：内部时钟（CK_INT）

b：外部时钟模式1：外部输入脚（TIx）

c：外部时钟模式2：外部触发输入（ETR）

d：内部触发输入（ITRx）：使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器

通用定时期内部时钟的产生：

从截图可以看到通用定时器（TIM2-7）的时钟不是直接来自APB1，而是通过APB1的预分频器以后才到达定时器模块。

当APB1的预分频器系数为1时，这个倍频器就不起作用了，定时器的时钟频率等于APB1的频率；

当APB1的预分频系数为其它数值（即预分频系数为2、4、8或16）时，这个倍频器起作用，定时器的时钟频率等于APB1时钟频率的两倍。

自动装在寄存器arr值的计算：

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）。

计时1S，输入时钟频率为72MHz，加入PSC预分频器的值为35999，那么：

（（1+psc ）/72M）*（1+arr ）=（（1+35999）/72M）*（1+arr）=1秒

则可计算得出自动窗装载寄存器arr=1999

通用定时器PWM工作原理

以PWM模式2，定时器3向上计数，有效电平是高电平，定时器3的第3个PWM通道为例：

定时器3的第3个PWM通道对应是PB0这引脚，三角顶点的值就是TIM3_ARR寄存器的值，上图这条红线的值就TIM3_CCR3

当定时器3的计数器（TIM3_CNT）刚开始计数的时候是小于捕获/比较寄存器（TIM3_CCR3）的值，此时PB0输出低电平，随着计数器（TIM3_CNT）值慢慢的增加，当计数器（TIM3_CNT）大于捕获/比较寄存器（TIM3_CCR3）的值时，这时PB0电平就会翻转，输出高电平，计数器（TIM3_CNT）的值继续增加，当TIM3_CNT=TIM3_ARR的值时，TIM3_CNT重新回到0继续计数，PB0电平翻转，输出低电平，此时一个完整的PWM信号就诞生了。

PWM输出模式;

STM32的PWM输出有两种模式：

模式1和模式2，由TIMx_CCMRx寄存器中的OCxM位确定的（“110”为模式1，“111”为模式2）。区别如下：

110：PWM模式1，在向上计数时，一旦TIMx_CNT

在向下计数时，一旦TIMx_CNT》TIMx_CCR1时通道1为无效电平（OC1REF=0），否则为有效电平（OC1REF=1）。

111：PWM模式2－在向上计数时，一旦TIMx_CNTTIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平。

由以上可知：

模式1和模式2正好互补，互为相反，所以在运用起来差别也并不太大。而从计数模式上来看，PWM也和TIMx在作定时器时一样，也有向上计数模式、向下计数模式和中心对齐模式

PWM的输出管脚：

不同的TIMx输出的引脚是不同（此处设计管脚重映射）

TIM3复用功能重映射：

注：重映射是为了PCB的设计方便。值得一提的是，其分为部分映射和全部映射

PWM输出频率的计算：

PWM输出的是一个方波信号，信号的频率是由TIMx的时钟频率和TIMx_ARR这个寄存器所决定的输出信号的占空比则是由TIMx_CRRx寄存器确：

占空比=（TIMx_CRRx/TIMx_ARR）*100%

PWM频率的计算公式为：

其中

F就是PWM输出的频率，单位是：HZ;

ARR就是自动重装载寄存器（TIMx_ARR）;

PSC 就是预分频器（TIMx_PSC）；

72M就是系统的频率；

STM32 高级定时器PWM的输出

一路带死区时间的互补PWM的波形图

STM32F103VC这款单片机一共有2个高级定时器TIM1和TIM8

这2个高级定时器都可以同时产生3路互补带死区时间的PWM信号和一路单独的PWM信号，

具有刹车输入功能，在紧急的情况下这个刹车功能可以切断PWM信号的输出

还具有支持针对定位的增量（正交）编码器和霍尔传感器电路

高级控制定时器（TIM1 和TIM8） 由一个16位的自动装载计数器组成，它由一个可编程的预分频器驱动

它适合多种用途，包含测量输入信号的脉冲宽度（ 输入捕获） ，或者产生输出波形（输出比较、PWM、嵌入死区时间的互补PWM等）。

使用定时器预分频器和RCC时钟控制预分频器，可以实现脉冲宽度和波形周期从几个微秒到几个毫秒的调节。

高级控制定时器（TIM1 和TIM8） 和通用定时器（TIMx） 是完全独立的，它们不共享任何资源死区时间

H桥电路为避免由于关断延迟效应造成上下桥臂直通，有必要设置死区时间死区时间可有效地避免延迟效应所造成的一个桥臂未完全关断，而另一桥臂又处于导通状态，避免直通炸开关管。

死区时间越大，电路的工作也就越可靠，但会带来输出波形的失真以及降低输出效率。死区时间小，输出波形要好一些，但是会降低系统的可靠性，一般这个死区时间设置为us级元器件死区时间是不可以改变的，它主要是取决于元器件的制作工艺和材料！

原则上死区时间当然越小越好。设置死区时间的目的，其实说白了就是为了电路的安全。最佳的设置方法是：在保证安全的前提下，设置的死区时间越小越好。以不炸功率管、输出不短路为目的。

STM32死区时间探究设置寄存器：就是刹车和死区控制寄存器（TIMx_BDTR）

这个寄存器的第0—7位，这8个位就是用来设置死区时间的，使用如下：

以TIM1为例说明其频率是如何产生的。

定时器1适中产生路线：

系统时钟-》 AHB预分频 -》 APB2预分频 –》 TIM1倍频器–》 产生TIM1的时钟系统流程图看可以看出，要想知道TIM1的时钟，就的知道系统时钟，AHB预分频器的值，还有APB2预分频器的值，只要知道了这几个值，即可算出TIM1的时钟频率？

这些值从何来，在“SystemInit（）”这个时钟的初始化函数中已经给我们答案了，在这个函数中设置的系统时钟是72MZ，AHB预分频器和APB2预分频器值都是设置为1，由此可算出：TIM1时钟频率：72MHZ了，TDTS=1/72MHZ=13.89nsTdtg死区时间步进值，它的值是定时器的周期乘以相应的数字得到的

下面看看官方给的公式如何使用，如下：DTG［7:5］=0xx=》DT=DTG［6:0］×Tdtg，Tdtg=TDTS

首先由DTG［7:5］=0xx可以知道的是：DTG的第7位必须为0，剩余的0~6这7位可配置死区时间，假如TIM1的时钟为72M的话，那么由公式Tdtg=TDTS可计算出：TDTS=1/72MHZ=13.89ns。

有了这个值，然后通过公式DT=DTG［6:0］×Tdtg即可计算出DT的值。

如果DTG的第0~6位均为0的话，DT=0

如果DTG的第0~6位均为1的话，DT=127*13.89ns=1764ns

如果TIM1的时钟为72M的话，公式1可设置的死区时间0~1764ns，也就是说：如果你的项目需要输出的PWM信号要求的死区时间是0——1764ns的时候你就可以用公式1同样可计算出4个公式的死去区间，如下：

公式1：DT=0~1764ns

公式2：DT=1777.9ns~3528.88ns

公式3：DT=3555.84ns~7000.56ns

公式4：DT=7111.68ns~14001.12ns

死区时间的设置：

假如我们设计了一个项目要求输出的PWM信号中加入一个3us的死区时间因为3us这个值在第二个公式决定的死区范围之内所以选择第二个公式。3000/（13.89*2）=108，所以DTG［5:0］=108-64=44所以DTG=127+44+32=203=0XCB，TIM1-》BDTR“=0Xcb

这里为什么要在加上一个32那？在公式2中DTG的第5位是一个X，也就是说这一位可以设置为高电平，也可以设置为低电平，在这里我们将这一位设置为了高电平，所有要在加上一个32.如此而已！