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STM32 通用定时器

介绍​

STM32微控制器中的通用定时器（General-purpose Timer）是一种功能强大的外设，用于生成精确的时间延迟、测量时间间隔、产生PWM信号等。通用定时器广泛应用于嵌入式系统中，例如电机控制、LED调光、信号捕获等场景。

STM32的通用定时器通常由以下几个部分组成：

  • 计数器：用于计数时钟脉冲。
  • 预分频器：用于降低输入时钟频率。
  • 自动重装载寄存器：用于设置计数器的最大值。
  • 捕获/比较寄存器：用于捕获输入信号或比较输出信号。

本文将逐步介绍STM32通用定时器的基本概念、配置方法以及实际应用。

通用定时器的基本工作原理​

通用定时器的核心是一个16位或32位的计数器，它可以根据配置向上计数、向下计数或双向计数。定时器的时钟源可以来自内部时钟（如APB总线时钟）或外部时钟。

计数器模式​

  1. 向上计数模式：计数器从0开始递增，直到达到自动重装载寄存器的值，然后重新从0开始计数。
  2. 向下计数模式：计数器从自动重装载寄存器的值开始递减，直到达到0，然后重新从自动重装载寄存器的值开始计数。
  3. 中心对齐模式：计数器先向上计数到自动重装载寄存器的值，然后向下计数到0，如此循环。

预分频器​

预分频器用于将输入时钟频率分频，从而降低计数器的计数速度。例如，如果输入时钟频率为72MHz，预分频器设置为71，则计数器的时钟频率为1MHz（72MHz / (71 + 1)）。

自动重装载寄存器​

自动重装载寄存器用于设置计数器的最大值。当计数器达到该值时，会触发更新事件，并重新开始计数。

配置STM32通用定时器​

以下是一个简单的示例，展示如何配置STM32的通用定时器以生成1秒的时间延迟。

c
#include "stm32f4xx.h"

void TIM2_Init(void) {
    // 启用TIM2时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    // 配置TIM2
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 9999; // 自动重装载寄存器的值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 7199; // 预分频器值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 启用TIM2更新中断
    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

    // 启用TIM2
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

void TIM2_IRQHandler(void) {
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) {
        // 清除中断标志
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);

        // 在这里处理定时器中断
    }
}

int main(void) {
    TIM2_Init();

    while (1) {
        // 主循环
    }
}

代码解释​

  1. TIM_Period：设置为9999，表示计数器从0计数到9999，共10000个计数。
  2. TIM_Prescaler：设置为7199，表示将72MHz的时钟分频为10kHz（72MHz / (7199 + 1)）。
  3. TIM_CounterMode：设置为向上计数模式。
  4. TIM_ITConfig：启用更新中断，当计数器达到自动重装载寄存器的值时触发中断。

实际应用案例​

案例1：LED闪烁​

使用通用定时器控制LED的闪烁频率。例如，配置定时器每500ms触发一次中断，在中断处理函数中切换LED的状态。

c
void TIM2_IRQHandler(void) {
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);

        // 切换LED状态
        GPIO_ToggleBits(GPIOD, GPIO_Pin_12);
    }
}

案例2：PWM信号生成​

使用通用定时器生成PWM信号，控制电机的转速或LED的亮度。

c
void TIM3_PWM_Init(void) {
    // 启用TIM3时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

    // 配置TIM3
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 配置PWM模式
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500; // 占空比为50%
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);

    // 启用TIM3
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

总结​

STM32通用定时器是一种功能强大的外设，适用于多种应用场景。通过配置计数器、预分频器和自动重装载寄存器，可以实现精确的时间控制、PWM信号生成等功能。本文介绍了通用定时器的基本工作原理、配置方法以及实际应用案例，希望能帮助初学者快速上手STM32定时器的使用。

附加资源与练习​

资源​

练习​

  1. 修改代码示例，使LED以不同的频率闪烁。
  2. 尝试使用通用定时器捕获外部信号的频率。
  3. 使用PWM模式控制LED的亮度，并实现渐变效果。