一、什么是定時(shí)器

關(guān)于什么是定時(shí)器，簡單來講，就是是用來定時(shí)的。STM32F103ZET6有兩個(gè)基本定時(shí)器TIM6和TIM7，四個(gè)通用定時(shí)器TIM2~TIM5和兩個(gè)高級定時(shí)器TIM1，TIM8。每一個(gè)定時(shí)器都是完全獨(dú)立的，不共享任何資源。

根據(jù)中文參考手冊介紹，基本定時(shí)器最為簡單，類似于51單片機(jī)的定時(shí)器。通用定時(shí)器在基本定時(shí)器的基礎(chǔ)上增加了輸入捕獲和輸出比較功能。高級定時(shí)器相比通用定時(shí)器，又增加了可編程死區(qū)互補(bǔ)輸出，重復(fù)計(jì)數(shù)器等功能。

STM32F103ZET6的通用定時(shí)器是一個(gè)通過可編程預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)的16位自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器構(gòu)成。使用定時(shí)器預(yù)分頻器和RCC時(shí)鐘控制器預(yù)分頻器，脈沖長度和波形周期可以在幾個(gè)微秒到幾個(gè)毫秒間調(diào)整。

這里介紹一下對于定時(shí)器的個(gè)人理解。定時(shí)器的定時(shí)原理實(shí)際可以理解為按照固定的頻率數(shù)數(shù)。按照固定頻率就說明定時(shí)器一定要有輸入時(shí)鐘。比如輸入為一個(gè)1KHz的時(shí)鐘，那么數(shù)一個(gè)數(shù)的時(shí)間就是1ms。另外，數(shù)數(shù)也不是無限地?cái)?shù)，數(shù)值有一個(gè)上限。可以規(guī)定是從0開始數(shù)到上限值，還是從上限值數(shù)到0。而且每次數(shù)到頭，需要重新開始。比如，需要控制燈亮200ms。那么只需要在點(diǎn)亮LED之后，等到數(shù)到200時(shí)熄滅即可。當(dāng)數(shù)到上限值或者數(shù)到0時(shí)，重新開始數(shù)。

二、定時(shí)器有什么用

定時(shí)器有許多用途，以通用定時(shí)器為例。它可以測量輸入信號的脈沖寬度，產(chǎn)生PWM波。此外定時(shí)器也可以用于觸發(fā)ADC采集，按鍵檢測等方面。

中文參考手冊介紹如下

中文參考手冊對于通用定時(shí)器功能的描述

三、通用定時(shí)器詳細(xì)介紹

速成選手可以線跳過這一部分，直接看下面，后來再返回來仔細(xì)看。

3.1 時(shí)鐘來源

根據(jù)中文參考手冊，通用定時(shí)器的時(shí)鐘來源有四個(gè)。

• ? 內(nèi)部CK_INT
• ? 外部觸發(fā)時(shí)鐘輸入TIMx_ETR（外部時(shí)鐘模式2）
• ? 內(nèi)部觸發(fā)輸入（ITRx）：使用一個(gè)定時(shí)器作為另一個(gè)定時(shí)器的預(yù)分頻器
• ? 外部引腳輸入（外部時(shí)鐘模式1）
  
  通用定時(shí)器時(shí)鐘來源
  通過配置TIMx_SMCR寄存器來選擇，關(guān)于寄存器這里就不再詳細(xì)介紹了，大家可以去看中文參考手冊。

根據(jù)中文參考手冊關(guān)于時(shí)鐘的介紹，通用定時(shí)器掛接在APB1總線。對于APB1總線的時(shí)鐘如下

APB1時(shí)鐘介紹

如果APB1的預(yù)分頻系數(shù)為1，那么通用定時(shí)器的輸入時(shí)鐘頻率為36MHz，否則為72MHz。但是通常APB1總線的預(yù)分頻系數(shù)我們不會(huì)設(shè)置成1，所以通用定時(shí)器的時(shí)鐘頻率為72MHz。

3.2 預(yù)分頻器，計(jì)數(shù)器，自動(dòng)重裝載寄存器

預(yù)分頻器，計(jì)數(shù)器和自動(dòng)重裝載寄存器

3.2.1 預(yù)分頻器

預(yù)分頻器是對時(shí)鐘進(jìn)行分頻，范圍是1~65536。比如通用定時(shí)器輸入時(shí)鐘頻率為72MHz，此時(shí)，將預(yù)分頻值設(shè)置為72，那么最終計(jì)數(shù)時(shí)的時(shí)鐘頻率為72MHz / 72 = 1MHz。

3.2.2 計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器就是用來計(jì)數(shù)的，計(jì)數(shù)值取值范圍是0~65535。有三種計(jì)數(shù)方式：向上計(jì)數(shù)，向下計(jì)數(shù)，中央對齊模式（向上/向下計(jì)數(shù)）。

在向上計(jì)數(shù)模式中，計(jì)數(shù)器從0計(jì)數(shù)到自動(dòng)加載值(TIMx_ARR計(jì)數(shù)器的內(nèi)容)，然后重新從0開始計(jì)數(shù)并且產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器溢出事件。

在向下計(jì)數(shù)模式中，計(jì)數(shù)器從自動(dòng)裝入的值(TIMx_ARR計(jì)數(shù)器的值)開始向下計(jì)數(shù)到0，然后從自動(dòng)裝入的值重新開始并且產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器向下溢出事件。

在 中央對齊模式 ，計(jì)數(shù)器從0開始計(jì)數(shù)到自動(dòng)加載的值(TIMx_ARR寄存器)?1，產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器溢出事件，然后向下計(jì)數(shù)到1并且產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器下溢事件；然后再從0開始重新計(jì)數(shù)。

3.2.3 自動(dòng)重裝載寄存器

比如，選擇向下計(jì)數(shù)模式，初始值為2000。當(dāng)計(jì)數(shù)到0時(shí)，會(huì)再次從2000開始向下計(jì)數(shù)。這就叫重裝載。但是實(shí)際起作用的并不是這里的自動(dòng)重裝載寄存器，而是影子寄存器。關(guān)于影子寄存器這里就不再做介紹了，大家可以自行了解。

3.3 觸發(fā)控制器

從圖中的右上角可以注意到，有一個(gè)觸發(fā)控制器。它可以用來觸發(fā)一些外設(shè)，比如觸發(fā)ADC采集，也可以用來給其他定時(shí)器提供時(shí)鐘。

四、PWM

4.1 什么是PWM

PWM（脈沖寬度調(diào)制），它是一種利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的技術(shù)，也可以理解為是對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。PWM可被應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)光，通信等方面。

4.2 什么是占空比

一個(gè)PWM是有固定頻率的，也就意味著周期一定，一個(gè)周期內(nèi)有效電平持續(xù)時(shí)間占整個(gè)周期的比例可以稱為占空比。比如一個(gè)周期100ms，其中50ms持續(xù)為有效電平，那么占空比就是50%。正是通過調(diào)節(jié)占空比，來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，或者用不同占空比代表不同信號，用于通信。

4.3 STM32F1 PWM介紹

STM32F1系列單片機(jī)，除了基本定時(shí)器TIM6和TIM7外，都可以產(chǎn)生PWM輸出。其中高級定時(shí)器TIM1和TIM8可以同時(shí)產(chǎn)生高達(dá)7路PWM輸出。PWM輸出其實(shí)就是對外輸出占空比可調(diào)的方波，信號頻率由自動(dòng)重裝載寄存器ARR的值決定，占空比由比較寄存器CCR的值決定。假設(shè)高電平為有效電平，見下圖。ARR決定了周期（頻率），CCR調(diào)節(jié)占空比。

PWM示意圖

根據(jù)中文參考手冊介紹，STM32F1的PWM比較輸出模式共有8種。脈沖寬度調(diào)制模式可以產(chǎn)生一個(gè)由TIMx_ARR寄存器確定頻率、由TIMx_CCRx寄存器確定占空比的信號。在TIMx_CCMRx寄存器中的OCxM位寫入’110’(PWM模式1)或’111’(PWM模式2)，能夠獨(dú)立地設(shè)置每個(gè)OCx輸出通道產(chǎn)生一路PWM。有關(guān)寄存器的內(nèi)容，這里就不不再做詳細(xì)介紹。

這里介紹一下8種輸出模式中比較常用的兩種PWM輸出模式，PWM1和PWM2。其實(shí)這兩種輸出模式差別不大，只不過輸出電平的極性不同。

4.4 PWM頻率計(jì)算

頻率 = (主時(shí)鐘頻率(72MHz) / (分頻系數(shù) + 1)) / 自動(dòng)重裝載值（單位為Hz）

五、通用定時(shí)器輸出引腳

其他幾個(gè)定時(shí)器如下

TIM2的PWM引腳

TIM4的PWM引腳

TIM5的PWM引腳

六、實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目

這里以一個(gè)經(jīng)典項(xiàng)目——呼吸燈，來一起熟悉一下定時(shí)器的配置和使用，要求滅—>亮—>滅，時(shí)間為2.5s。

6.1 呼吸燈

呼吸燈是指燈能夠像人的呼吸一樣，實(shí)現(xiàn)由暗到亮或由亮到暗的變化，通常用于消息提示功能，或者作為系統(tǒng)正在運(yùn)行的提示。之前一篇博文介紹過三種呼吸燈的實(shí)現(xiàn)方式，這里針對普中核心板，來介紹一下如果實(shí)現(xiàn)呼吸燈。

6.2 實(shí)現(xiàn)思路

這里用兩種方法來實(shí)現(xiàn)一下呼吸燈。分別是定時(shí)器的溢出中斷和PWM。其實(shí)第一種和PWM類似，我非就是控制LED點(diǎn)亮?xí)r間。

• ? 定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn) 配置好預(yù)分頻系數(shù)和重裝載值，使每0.25ms進(jìn)入一次定時(shí)器中斷，記錄進(jìn)入中斷次數(shù)（count）。當(dāng)進(jìn)入次數(shù)滿100次之后（2.5ms），控制LED點(diǎn)亮的變量（t）值加1。主函數(shù)的while(1)輪詢中，如果t小于等于count的時(shí)候，LED點(diǎn)亮，否則LED熄滅。t的值累計(jì)100加次后（2.5s），開始遞減，LED由亮到滅。控制t是遞增還是遞減的是一個(gè)標(biāo)志位（flag），初始值為0，具體可以看程序設(shè)計(jì)。

• ? PWM 利用PWM實(shí)現(xiàn)呼吸燈就更加簡單了，只需要不斷調(diào)節(jié)占空比即可。

  66.3 定時(shí)器配置

  配置通用定時(shí)器，有以下步驟

• ? 使能定時(shí)器時(shí)鐘

• ? 初始化定時(shí)器參數(shù)，包括自動(dòng)重裝載值，分頻系數(shù)，計(jì)數(shù)方式等

• ? 設(shè)置中斷類型，并使能

• ? 設(shè)置中斷優(yōu)先級，使能定時(shí)器中斷通道

• ? 開啟定時(shí)器

• ? 編寫定時(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)

需要注意的是，配置預(yù)分頻系數(shù)時(shí)，比如設(shè)置為6，實(shí)際是6 + 1。

定時(shí)時(shí)間T = 自動(dòng)重裝載值 * ((預(yù)分頻系數(shù) + 1) / 主時(shí)鐘頻率)。主時(shí)鐘頻率為72MHz。（為了避免誤導(dǎo)，這里寫的主時(shí)鐘頻率為72MHz是APB1總線分頻系數(shù)不是1的前提下。）

6.4 定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)呼吸燈

定時(shí)器配置程序如下，使用定時(shí)器2，控制LED1實(shí)現(xiàn)呼吸燈，由滅—>亮—>滅，時(shí)間為5秒。

/*
 *==============================================================================
 *函數(shù)名稱：TIM2_Iint
 *函數(shù)功能：初始化定時(shí)器2
 *輸入?yún)?shù)：per：自動(dòng)重裝載值；psc：預(yù)分頻系數(shù)
 *返回值：無
 *備  注：無
 *==============================================================================
 */
void TIM2_Iint (u16 per,u16 psc)
{
    // 結(jié)構(gòu)體定義
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);   // 使能TIM2時(shí)鐘
    
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = per;   // 自動(dòng)裝載值
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;   // 分頻系數(shù)
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;   // 不分頻
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;   // 設(shè)置向上計(jì)數(shù)模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);
    
    TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);   // 開啟定時(shí)器中斷
    TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);   // 使能更新中斷
    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;   // 定時(shí)器中斷通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;   // 搶占優(yōu)先級
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =3;   // 子優(yōu)先級
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;   // IRQ通道使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); 
    
    TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);   // 使能定時(shí)器 
}

初始化時(shí)定時(shí)器的程序如下

TIM2_Iint(250,71);   // TIM2初始化

預(yù)分頻系數(shù)為71 + 1 = 72，計(jì)數(shù)到250進(jìn)入一次中斷，也就是0.25ms進(jìn)入一次中斷。累計(jì)進(jìn)入100次（25ms）中斷開始調(diào)節(jié)一點(diǎn)LED的亮度。由滅到亮，累計(jì)調(diào)節(jié)100次（2.5s）。主函數(shù)和中斷服務(wù)函數(shù)如下

u8 gTimIrqCunt = 0;   // 進(jìn)入中斷次數(shù)計(jì)數(shù)變量
u8 gLedLightCtrl = 0;   // LED亮度控制變量
u8 gLedFlag = 0;   // LED亮滅控制標(biāo)志位，0：滅— >亮；1：亮— >滅

int main(void)
{
    Med_Mcu_Iint();   // 系統(tǒng)初始化
    
    while(1)
  {
        if (gLedLightCtrl <= gTimIrqCunt)
        {
            Med_Led_StateCtrl (LED1,LED_OFF);   // 熄滅LED1
        }
        if (gLedLightCtrl > gTimIrqCunt)
        {
            Med_Led_StateCtrl (LED1,LED_ON);   // 熄滅LED1
        }
    }
}

// TIM2中斷服務(wù)函數(shù)
void TIM2_IRQHandler(void)   // TIM2中斷
{
    // 產(chǎn)生更新中斷
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        gTimIrqCunt = gTimIrqCunt + 1;   // 進(jìn)入中斷次數(shù)加1
        
        // 累計(jì)進(jìn)入100次中斷，且是由滅到亮
        if (gTimIrqCunt >= 100 && gLedFlag < 100)
        {
            gTimIrqCunt = 0;   // 清零進(jìn)入中斷計(jì)數(shù)變量
            gLedLightCtrl = gLedLightCtrl + 1;   // LED亮度控制變量加1
            gLedFlag = gLedFlag + 1;   // LED亮滅控制標(biāo)志位加1
        }
        
        // 累計(jì)進(jìn)入100次中斷，且是由亮到滅
        if (gTimIrqCunt >= 100 && gLedFlag >= 100)
        {
            gTimIrqCunt = 0;   // 清零進(jìn)入中斷計(jì)數(shù)變量
            gLedLightCtrl = gLedLightCtrl - 1;   // LED亮度控制變量加1
            gLedFlag = gLedFlag + 1;   // LED亮滅控制標(biāo)志位加1
        }
        
        // 一個(gè)亮滅周期結(jié)束
        if (gLedFlag >= 200)
        {
            gLedFlag = 0;   // 清零LED亮滅控制標(biāo)志位
        }
    }
    
    TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);   // 清除TIM2更新中斷標(biāo)志
}

6.5 使用PWM實(shí)現(xiàn)呼吸燈

PWM配置步驟

• ? 使能定時(shí)器以及GPIO時(shí)鐘，設(shè)置引腳復(fù)用映射
• ? 初始化定時(shí)器參數(shù)，包括自動(dòng)重裝載值，分頻系數(shù)，計(jì)數(shù)方式等
• ? 初始化PWM輸出參數(shù)，包括PWM模式，輸出極性，使能等
• ? 開啟定時(shí)器
• ? 修改CCRx的值來修改占空比
• ? 使能TIMx在CCRx上的預(yù)裝載寄存器
• ? 使能TIMx在ARR上的預(yù)裝載寄存器允許位

TIM3的通道1配置程序如下這里對引腳進(jìn)行了重映射。

/*
 *==============================================================================
 *函數(shù)名稱：TIM3_CH1_PWM_Init
 *函數(shù)功能：初始化定時(shí)器3的PWM通道1
 *輸入?yún)?shù)：per：自動(dòng)重裝載值；psc：預(yù)分頻系數(shù)
 *返回值：無
 *備  注：無
 *==============================================================================
 */
void TIM3_CH1_PWM_Init (u16 per,u16 psc)
{
    // 結(jié)構(gòu)體定義
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // 開啟時(shí)鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
    
    // 初始化GPIO
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   // 復(fù)用推挽輸出
    GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);
    
    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM3,ENABLE);   // 改變指定管腳的映射 
    
    // 初始化定時(shí)器參數(shù)
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = per;   // 自動(dòng)裝載值
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;   // 分頻系數(shù)
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;   // 設(shè)置向上計(jì)數(shù)模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure); 
    
    // 初始化PWM參數(shù)
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   // 比較輸出模式
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;   // 輸出極性
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   // 輸出使能
    TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);   // 輸出比較通道1初始化
    
    TIM_OC1PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);   // 使能TIMx在 CCR1 上的預(yù)裝載寄存器
    TIM_ARRPreloadConfig(TIM3,ENABLE);   // 使能預(yù)裝載寄存器
    
    TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);   // 使能定時(shí)器
        
}

實(shí)現(xiàn)呼吸燈時(shí)，只需要在main函數(shù)中不斷調(diào)整占空比即可，調(diào)整占空比的函數(shù)為

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1)

這里main函數(shù)就不在列出來了。需要注意的是，設(shè)置的CCR的值，不能超過自動(dòng)重裝載值 - 1。

七、拓展

之前介紹按鍵檢測時(shí)，介紹過檢測按鍵長短按的方法。當(dāng)時(shí)比較簡單粗暴，這里介紹另一種，使用定時(shí)器來判斷按鍵WK UP的長短按。假設(shè)規(guī)定，按下時(shí)間在10ms~500ms之間為短按，按下時(shí)間大于等于1s，為長按。短按LED1點(diǎn)亮，長按LED1熄滅。之前是利用delay來實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制，現(xiàn)在改用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制，但是基本思路都是相同的。

關(guān)于按鍵部分的程序這里就不再做介紹了。首先配置定時(shí)器，10ms進(jìn)入一次更新中斷，預(yù)分頻系數(shù)為72，自動(dòng)重裝載值為10000。使用TIM2，定時(shí)器配置程序和上面一樣，初始化程序如下填寫

TIM2_Iint(10000,71);   // TIM2初始化

main函數(shù)以及中斷服務(wù)函數(shù)如下

u32 gKeyDownTimeCunt = 0;   // 按鍵按下時(shí)間計(jì)數(shù)變量
u8 gKeyLongFlag = 0;   // 按鍵長按標(biāo)志位
u8 gKeyShotFlag = 0;   // 按鍵短按標(biāo)志位

int main(void)
{
    Med_Mcu_Iint();   // 系統(tǒng)初始化
    
    while(1)
  {
        // 短按
        if (gKeyShotFlag == 1)
        {
            Med_Led_StateCtrl (LED1,LED_ON);   // 點(diǎn)亮LED1
            gKeyShotFlag = 0;   // 清除短按標(biāo)志位
        }
        
        // 長按
        if (gKeyLongFlag == 1)
        {
            Med_Led_StateCtrl (LED1,LED_OFF);   // 熄滅LED1
            gKeyLongFlag = 0;   // 清除長按標(biāo)志位
        }
    }
}

// TIM2中斷服務(wù)函數(shù)
    void TIM2_IRQHandler(void)   // TIM2中斷
    {
        // 產(chǎn)生更新中斷
        if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
        {
            if (KEY_UP == 1)
            {
                gKeyDownTimeCunt = gKeyDownTimeCunt + 1;   // 時(shí)間計(jì)數(shù)變量加1
            }
            // 松開后
            else
            {
                // 短按
                if (1 <= gKeyDownTimeCunt && gKeyDownTimeCunt <= 50)
                {
                    gKeyDownTimeCunt = 0;   // 清除時(shí)間計(jì)數(shù)變量
                    gKeyShotFlag = 1;   // 短按標(biāo)志位置1
                }
                // 長按
                if (gKeyDownTimeCunt >= 100)
                {
                    gKeyDownTimeCunt = 0;   // 清除時(shí)間計(jì)數(shù)變量
                    gKeyLongFlag = 1;   // 長按標(biāo)志位置1
                }
            }
        }
        
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);   // 清除TIM2更新中斷標(biāo)志
    }