2021年10月28日 | stm32专题二十六：高级定时器介绍

高级定时器

STM32F103有 2 个高级定时器 TIM1 和 TIM8，高级定时器的功能主要有定时、输入捕获、输出比较、互补输出等。

高级定时器简介：

计数器16bit，上 / 下 / 两边 计数，TIM1和TIM8，还有一个重复计数器RCR，独有；

有4个GPIO，其中通道1 ~ 3还有互补输出GPIO；

时钟来自PCLK2，为72M，可实现1~65536分频；

高级定时器和通用定时器的引脚分布：

高级定时器结构框图（分成6个部分）：

一、时钟源：

内部时钟(CK_INT)；

外部时钟模式1：外部输入引脚；

外部时钟模式2：外部触发输入ETR；

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；

下面，我们来分析一下这个时钟源的框图：

1 内部时钟CK_INT：内部时钟 CK_INT 即来自于芯片内部，等于 72M，一般情况下，我们都是使用内部时钟；

2 外部时钟模式1：

（1）时钟信号输入引脚：

当使用外部时钟模式1时，时钟信号来自于定时器的输入通道，共 4个，分别为 TI1 / 2 / 3 / 4，即 TIMx_CH1 / 2 / 3 / 4。

外部的GPIO TIx，对应：TIMx_CH1 / 2 / 3 / 4

由TIM_CCMRx 的位 CCxS[1:0]配置，其中 CCMR1 控制 TI1 / 2， CCMR2 控制 TI3 / 4

中文参考手册中提到，通道2可以配置为输出，如果是输入模式，可以选择连接CH1 or CH2，同样的，通道1也可以选择配置成连接CH1 or CH2。

（2）滤波器：

如果来自外部的时钟信号的频率过高或者混杂有高频干扰信号的话，我们就需要使用滤波器对信号重新采样，来达到降频或者去除高频干扰的目的，具体的由 TIMx_CCMRx的位 ICxF[3:0]配置。

具体如何滤波？

（3）边沿检测：

边沿检测的信号来自于滤波器的输出，在成为触发信号之前，需要进行边沿检测，决定是上升沿有效还是下降沿有效。

（4）触发选择：

（5）从模式选择：

选定了触发源信号后，最后我们需把信号连接到 TRGI 引脚，让触发信号成为外部时钟模式 1 的输入，最终等于 CK_PSC，然后驱动计数器 CNT 计数。

3 外部时钟模式2

网上关于TI1FP1的描述：

       比如 TI1FP1 与 TI1FP2。说实在的，这个地方参考手册里就没有个明确的表述，让人很费解。但是可以可以推理得出来，二者都是来自同一 TI1 输入通道，经过输入滤波和边沿检测器后所产生的具有相同特征的信号，然后映射到不同的输入捕捉通道，本质上还是同一路信号。

 同理，TI2信号，经过滤波和边沿检测后产生了2路滤波信号，分别是TI2FP1与TI2FP2，它俩也是具有相同特征的信号，只是TI2FP1映射到捕捉通道IC1，TI2FP2映射到捕捉通道IC2。

4 内部触发输入：

内部触发输入是使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器。硬件上高级控制定时器和通用定时器在内部连接在一起，可以实现定时器同步或级联。

二、控制器

三、时基

四、输入捕获

输入捕获可以对输入的信号的上升沿，下降沿或者双边沿进行捕获，常用的有测量输入信号的脉宽和测量 PWM 输入信号的频率和占空比这两种。

输入捕获的大概的原理就是：当捕获到信号的跳变沿的时候，把计数器 CNT 的值锁存到捕获寄存器 CCR 中，把前后两次捕获到的 CCR 寄存器中的值相减，就可以算出脉宽或者频率。如果捕获的脉宽的时间长度超过你的捕获定时器的周期，就会发生溢出，这个我们需要做额外的处理。

1 普通脉宽测量：当检测到第一个上升沿时，计数器CNT开始从0计数，又检测到下降沿时产生中断，此时的CNT值被锁存到CCR寄存器中，此时CCR的值就对应高电平的时间。

2 PWM输入测量：一路输入信号（TI1）占用两个捕获通道（IC1 和 IC2）。

输入捕获框图：

（1）输入通道：

需要被测量的信号从定时器的外部引脚 TIMx_CH1/2/3/4 进入，通常叫 TI1 / 2 / 3 / 4。

（2）输入滤波器和边沿检测器：

这一块和外部时钟模式一差不多。那么为什么需要滤波呢？

当输入的信号存在高频干扰的时候，我们需要对输入信号进行滤波，即进行重新采样，根据采样定律，采样的频率必须大于等于两倍的输入信号。比如输入的信号为 1M，又存在高频的信号干扰，那么此时就很有必要进行滤波，我们可以设置采样频率为 2M，这样可以在保证采样到有效信号的基础上把高于 2M 的高频干扰信号过滤掉。

边沿检测器用来设置信号在捕获的时候是什么边沿有效，可以是上升沿，下降沿，或者是双边沿，具体的由 CCER 寄存器的位 CCxP 和 CCxNP 决定。

（3）捕获通道：

捕获通道就是图中的 IC1 / 2 / 3 / 4，每个捕获通道都有相对应的捕获寄存器 CCR1 / 2 / 3 / 4，当发生捕获的时候，计数器 CNT的值就会被锁存到捕获寄存器中。

这里我们要搞清楚输入通道和捕获通道的区别，输入通道是用来输入信号的，捕获通道是用来捕获输入信号的通道，一个输入通道的信号可以同时输入给两个捕获通道。比如输入通道 TI1 的信号经过滤波边沿检测器之后的 TI1FP1 和 TI1FP2 可以进入到捕获通道IC1 和 IC2，其实这就是 PWM 输入捕获，只有一路输入信号（TI1）却占用了两个捕获通道（IC1 和 IC2）。当只需要测量输入信号的脉宽时候，用一个捕获通道即可。

（4）预分频器（用来降频）：

捕获通道 ICx 的输出信号会经过一个预分频器，用于决定发生多少个事件时进行一次捕获。具体的由寄存器 CCMRx 的位 ICxPSC配置，如果希望捕获信号的每一个边沿，则不分频。

（5）捕获寄存器：

五 输出比较：

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、输出无效电平、翻转、强制为无效电平、强制为有效电平、PWM1 和 PWM2 这八种模式。其中 PWM 模式是输出比较中的特例，使用的也最多。

结构框图：

1 比较寄存器：

当计数器 CNT 的值跟比较寄存器 CCR 的值相等的时候，输出参考信号 OCxREF 的信号的极性就会改变，其中 OCxREF=1（高电平）称之为有效电平，OCxREF=0（低电平）称之为无效电平，并且会产生比较中断 CCxI，相应的标志位 CCxIF（SR 寄存器中）会置位。然后 OCxREF再经过一系列的控制之后就成为真正的输出信号 OCx/OCxN。

2 死区发生器：

在生成的参考波形 OCxREF 的基础上，可以插入死区时间，用于生成两路互补的输出信号 OCx 和 OCxN，死区时间的大小具体由 BDTR 寄存器的位 DTG[7:0]配置。死区时间的大小必须根据 与输出信号相连接的器件及其特性来调整。下面我们简单举例说明下带死区的PWM 信号的应用，我们以一个板桥驱动电路为例。

为了理解死区发生器，先看一个电机桥式驱动电路：

3 输出控制：

4 输出引脚

输出比较的输出信号最终是通过定时器的外部 IO 来输出的，分别为 CH1 / 2 / 3 / 4，其中前面三个通道还有互补的输出通道 CH1 / 2 / 3N。

输入捕获的应用：

1 测量脉宽或频率

2 PWM输入模式：

输出比较的应用：

PWM输出：

PWM 输出就是对外输出脉宽（即占空比）可调的方波信号，信号频率由自动重装寄存器 ARR 的值决定，占空比由比较寄存器 CCR 的值决定。

PWM边沿对齐模式：

电机控制：

刹车功能描述（强制关闭输出，功能是防止电机损坏，此时输出为设置的空闲电平）：

死区时间寄存器：