STM32F1開發(fā)標準教程 課件 ch07實驗6-定時器

實驗6——定時器卓越工程師培養(yǎng)系列本書獲深圳大學教材出版資助STM32F1開發(fā)標準教程01實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容功能包括：①將TIM2和TIM5均配置為每1ms進入一次中斷服務函數(shù);②在TIM2的中斷服務函數(shù)中，2ms標志位置為1；③在TIM5的中斷服務函數(shù)中1s標志位置為1;④在Main模塊中基于2ms和1s標志分別創(chuàng)建2ms任務和1s任務;⑤在2ms任務中調(diào)用LED模塊的LEDFlicker函數(shù)實現(xiàn)STM32核心板上LED1和LED2交替閃爍;⑥在1s任務中調(diào)用UART模塊的printf，每秒輸出一次ThisisthefirstSTM32F103Project,byZhangsan.基于STM32核心板設計一個定時器實驗02實驗原理1.通用定時器功能框圖其次是通用定時器(TIM2~TIM5)最復雜的是高級定時器(TIM1和TIM8)。本書只使用通用定時器，因此，我們以通用定時器為例進行講解，另外，本實驗涉及定時器計數(shù)功能，后續(xù)章節(jié)將涉及輸入捕獲和PWM輸出功能，所以，下面對這三個功能一并進行講解。圖7-1所示是通用定時器功能框圖，下面依次介紹定時器時鐘源、觸發(fā)控制器、時基單元、輸入通道、輸入濾波器和邊沿檢測器、捕獲通道、預分頻器、捕獲/比較寄存器、輸出控制和輸出引腳。STM32的基本定時器(TIM6和TIM7)的功能最簡單1.通用定時器功能框圖通用定時器的時鐘源包括來自RCC的內(nèi)部時鐘(CKINT)外部輸入腳TIX外部觸發(fā)輸入TIMxETR和內(nèi)部觸發(fā)輸入ITRx。本書中的實驗只用到了內(nèi)部時鐘CKINT，TIM2TIM7的時鐘均由APB1時鐘提供，而所有實驗的APB1預分頻器的分頻系數(shù)為2，APB1鐘頻率為36MHz，因此，TIM2~TIM7時鐘頻率為72MHz。關于STM32的時鐘系統(tǒng)將會在第9章深入講解，這里，只要知道TIM2~TIM7時鐘頻率為72MH即可。1.定時器時鐘源1.通用定時器功能框圖觸發(fā)控制器的基本功能包括復位和使能定時器，以及設置定時器的計數(shù)方式(遞增)遞減計數(shù))，此外，還可以通過觸發(fā)控制器將通用定時器設置為其他定時器或DAC/ADC的觸發(fā)源。2.觸發(fā)控制器1.通用定時器功能框圖時基單元對觸發(fā)控制器輸出的CK_PSC時鐘進行預分頻得到CK_CNT時鐘，然后CNT計數(shù)器對經(jīng)過分頻之后的CK_CNT時鐘進行計數(shù)，當CNT計數(shù)器的計數(shù)值與自動重裝載寄存器的值相等時，產(chǎn)生事件。時基單元包括3個寄存器，分別是計數(shù)器寄存器(TIMX_CNT)預分頻器寄存器(TIMx_PSC)和自動重裝載寄存器(TIMXARR)。3.時基單元1.通用定時器功能框圖TIMx_PSC有影子寄存器，向TIMx_PSC寫入新值，定時器不會馬上將該新值更新到影子寄存器，而是要等到更新事件產(chǎn)生時才會將該值更新到影子寄存器，這時候，分頻后的CK_CNT時鐘才會發(fā)生改變。TIMx_ARR也有影子寄存器，但是可以通過TIMx_CR1的ARPE將影子存器設置為有效或無效。如果ARPE設置為1，則影子寄存器有效，這種情況下，要等到更新事件產(chǎn)生時才把寫入TIMx_ARR中的新值更新到影子寄存器如果ARPE設置為0則影子存器無效向TIMx_ARR寫入新值之后，TIMx_ARR立即更新。3.時基單元1.通用定時器功能框圖通過前面的分析可以得知定時器事件產(chǎn)生時間是由TIMX_PSC和TIMX_ARR兩個寄存器決定的。計算分為兩步:①根據(jù)?ck_cnT=?cK_PSC/(TIMx_PSC+1)公式，計算CK_CNT時頻率;②根據(jù)“定時器事件產(chǎn)生時間(1/?ck_cnT)X(TIM_XARR+1)”公式，計算定時器事件產(chǎn)生時間。3.時基單元1.通用定時器功能框圖通用定時器的輸入通道有4個，分別是TI1、T2TI3和TI4。TI2、TI和TI4這3個通道分別對應于TIMx_CH2、TIMx_CH3和TIMx_CH4引腳，TI通道可以將TIMx_CH1引腳作為其信號源，也可以將TIMx_CH1、TIMX_CH2和TIM_CH3引腳的異或結果作為其信號源。定時器對這4個通道對應引腳輸入信號的上升沿或下降沿進行捕獲。4.輸入通道1.通用定時器功能框圖輸入濾波器首先對輸入信號TIx進行濾波處理，輸入濾波器的參數(shù)由TIMX_CR1的CKDI1:01和TIMx_CCMRx的ICxF[3:0]決定。其中輸入濾波器使用的采樣頻率?DTS可以與CK_INT時鐘頻率?CK_INT相等，也可以是?CK_INT的2分頻或4分頻，這個CKD[1:0]決定。邊沿檢測器實際上是一個事件計數(shù)器，該計數(shù)器對輸入信號的邊沿事件進行檢測，當檢測到N個事件后會產(chǎn)生一個輸出的跳變，這個N由ICXFT[3:0]決定。邊沿檢測器對輸入信號的上升沿還是下降沿進行捕獲，由TIMx_CCER的CCxP決定，當CCxP為0時，捕獲發(fā)生在TIx的上升沿，當CCxP為1時，捕獲發(fā)生在TIx的下降沿。5.輸入濾波器和邊沿檢測器1.通用定時器功能框圖通用定時器有4個捕獲通道，分別是IC1IC2IC3和IC4。捕獲通道ICx用來捕獲輸入通道TIx通過輸入濾波器和邊沿檢測器輸出的信號TIXFPx或TRC每個捕獲輸入通道TIx經(jīng)過輸入濾波器和邊沿檢測器輸出的信號TIXFPx可以同時為兩個捕獲通道的輸入。每個捕獲通道是選擇TI1FP1、TI1FP2、TI2FP1、TI2FP2、TI3FP3、TI3FP4TI4FP3或TIFP4作為輸入，還是選擇TRC作為輸入，由TIMxCCMRx的CCxST[1:0]決定。6.捕獲通道1.通用定時器功能框圖如果ICx直接輸入捕獲/比較寄存器(TIMx_CCRx)那就只能連續(xù)捕獲每一個邊沿而無法實現(xiàn)邊沿的間隔捕獲，比如每4個邊沿捕獲一次。ST公司在設計通用定時器和高級定時器時，增加了一個預分頻器，ICx經(jīng)過預分頻器之后才會輸入TIMx_CCRx，這樣，就不僅可以實現(xiàn)邊沿的連續(xù)捕獲，還可以實現(xiàn)邊沿的間隔捕獲。多少個邊沿捕獲一次，由捕獲/比較模式寄存器(TIMx_CCMRx)的ICxPSCT[1:0]決定，如果希望連續(xù)捕獲每一個事件，將ICxPSC[1:0]配置為00即可，如果希望每4個事件觸發(fā)一次捕獲，將ICxPSC[1:0]配置為10即可。7.預分頻器1.通用定時器功能框圖捕獲/比較寄存器(TIMx_CCRx)既是捕獲輸入的寄存器，又是比較輸出的寄存器。TIMx_CCRx有預裝載寄存器，可以通過TIMx_CCMRx的OCxPE決定開啟或禁止TIMx_CCRx的預裝載功能。將OCxPE設置為1，開啟預裝載寄存器，這種情況下，寫該寄存器要等到更新事件產(chǎn)生時才將TIMxCCRx預裝載寄存器的值傳送至影子寄存器，讀取該寄存器實際上是讀取TIMx_CCRx預裝載寄存器的值。將OCxPE設置為0禁止預裝載寄存器，這種情況下，只有一個寄存器，不存在預裝載寄存器和影子寄存器的概念，因此，讀該寄存器實際上就是讀取TIMX_CCRx中的值，寫該寄存器實際上就是寫TIMx_CCRx。8.捕獲/比較寄存器1.通用定時器功能框圖TIMx_CCER的CCxE決定禁止或使能輸入捕獲/輸出比較功能。在CCx通道配置為輸入的情況下，當CCxE為0時，禁止捕獲，當CCxE為1時，使能捕獲。在CCx通道配置為輸出的情況下，當CCxE為0時，OCx禁止輸出，當CCE為1時，OCx信號輸出到對應的輸出引腳。下面分別對輸入捕獲和輸出比較的工作流程進行說明。1)輸入捕獲預分頻器的輸出是ICxPS，該信號作為捕獲輸入的輸入信號，當?shù)?次捕獲到邊沿事件時，計數(shù)器CNT的值會被鎖存到TIMx_CCRx，同時，TIMxSR的中斷標志CCxIF會被置為1，如果TIMx_DIER的CCxIE為1，則產(chǎn)生CCxI中斷。CCxIF可以由軟件清零也可以通過讀取TIMx_CCRx清零。當?shù)?次獲到邊沿事件(CCxIF依然為1)時TIMx_SR的重復捕獲標志CCxOF會被置為1與CCxIF不同的是，CCxOF只能由軟件清零。8.捕獲/比較寄存器1.通用定時器功能框圖2)輸出比較輸出比較有8種模式，分別是凍結、匹配時設置輸出為有效電平、匹配時設置輸出為無效電平、翻轉(zhuǎn)、強制為無效電平、強制為有效電平PWM模式1和PWM模式2，通過TIMx_CCMR1的OCxM選擇輸出比較模式，可參見圖14-5和表14-1。第14章是PWM輸出實驗，因此，這里只介紹PWM模式1和PWM模式2。當輸出比較配置為PWM模式1，在向上計數(shù)時，一旦TIMX_CNT<TIMX_CCRx時輸出的參考信號OCxREF為有效電平，否則為無效電平;在向下計數(shù)時，一旦TIMCNT>TIMx_CCRx時輸出的參考信號OCxREF為無效電平，否則為有效電平。當輸出比較配置為PWM模式2，在向上計數(shù)時一旦TIMx_CNT<TIMxCCRx時輸出的參考信號0CxREF為無效電平，否則為有效電平;在向下計數(shù)時，一旦TIMx_CNT>TIMxCCRx時輸出的參考信號OCxREF為有效電平，否則為無效電平。當TIMx_CCER的CCxP為0時，OCxREF高電平有效，當CCxP為1時，OCxREF低電平有效。8.捕獲/比較寄存器1.通用定時器功能框圖參考信號OCxREF經(jīng)過輸出控制之后會產(chǎn)生OCx信號，該信號最終通過通用定時器的外部引腳輸出，外部引腳包括TIMx_CH1、TIMx_CH2、TIMxCH3和TIMxCH4。9.輸出控制和輸出引腳2.通用定時器部分寄存器TIMx_CR1的結構偏移地址和復位值如圖7-2所示，對部分位的解釋說明如表7-1所示。1.控制寄存器1(TIMx_CR1)2.通用定時器部分寄存器TIMx_CR2的結構、偏移地址和復位值如圖7-3所，對部分位的解釋說明如表7-2所示。2.控制寄存器2(TIMx_CR2)2.通用定時器部分寄存器TIMx_DIER的結構偏移地址和復位值如圖7-4所示對部分位的解釋說明如表7-3所示。3.DMA/中斷使能寄存器(TIMx_DIER)2.通用定時器部分寄存器TIMx_SR的結構偏移地址和復位值如圖7-所對部分位的解釋說明如表7-4所示。4.狀態(tài)寄存器(TIMx_SR)2.通用定時器部分寄存器TIMx_EGR的結構、偏移地址和復位值如圖7-6所示，對部分位的解釋說明如表7-5所示。5.事件產(chǎn)生寄存器(TIMx_EGR)2.通用定時器部分寄存器TIMX_CNT的結構偏移地址和復位值如圖7-7所示對部分位的解釋說明如表7-6所示。6計數(shù)器(TIMx_CNT)2.通用定時器部分寄存器TIMx_PSC的結構偏移地址和復位值如圖7-8所示，對部分位的解釋說明如表7-7所示。7.預分頻器(TIMx_PSC)2.通用定時器部分寄存器TIMx_ARR的結構偏移地址和復位值如圖7-9所示，對部分位的解釋說明如表7-8所示。8自動重裝載寄存器(TIMX_ARR)3.通用定時器部分固件庫函數(shù)TIM_TimeBaseInit函數(shù)的功能是根據(jù)結構體TIM_TimeBaseInitStruct的值配置通用定時器，通過向TIMx→CR1、TIMx→ARR、TIMx→PSC和TIMx→EGR寫入?yún)?shù)來實現(xiàn)。具描述如表7-9所示。1.TIM_TimeBaselnit3.通用定時器部分固件庫函數(shù)TIM_Cmd函數(shù)的功能是使能或除能某一定時器，通過向TIMx→CR1寫入?yún)?shù)來實現(xiàn)具體描述如表7-10所示。2.TIM_Cmd3.通用定時器部分固件庫函數(shù)TIM_ITConfig函數(shù)的功能是開啟或關閉定時器中斷通過向TIMx→DIER寫入?yún)?shù)來實現(xiàn)。具體描述如表7-11所示。3.TIM_ITConfig3.通用定時器部分固件庫函數(shù)TIM_ClearITPendingBit函數(shù)的功能是清除定時器中斷待處理位，當檢測到中斷時該位會由硬件置為1，完成中斷任務之后由軟件將該位清零，通過向TIMx→SR寫入?yún)?shù)來實現(xiàn)。具體描述如表7-12所示。4.TIM_ClearlTPendingBit3.通用定時器部分固件庫函數(shù)TIM_GetITStatus函數(shù)的功能是檢查中斷是否發(fā)生，通過讀取TIMx→SR和TIMX→DIER來實現(xiàn)。具體描述如表7-13所示。5.TIM_GetITStatus3.通用定時器部分固件庫函數(shù)TIM_SelectOutputTrigger函的功能是選擇TIMx觸發(fā)輸出模式通過向TIMx→CR2寫入?yún)?shù)來實現(xiàn)。具體描述如表7-14所示。6.TIM_SelectOutputTrigger3.通用定時器部分固件庫函數(shù)參數(shù)TIM_SelectOutputTrigger用于選擇TIM觸發(fā)輸出源，可取值如表7-15所示。6.TIM_SelectOutputTrigger4.RCC部分寄存器本實驗涉及的RCC寄存器只有APB1外設時鐘使能寄存器(RCC_APB1ENR)，RCC_APB1ENR的結構、偏移地址和復位值如圖7-10所示，對部分位的解釋說明如表7-16所示。5.RCC部分固件庫函數(shù)本實驗涉及的RCC固件庫函數(shù)只有RCC_APB1PeriphClockCmd，該函數(shù)的功能是打開或關閉APB1上相應外設的時鐘，通過向RCC→APB1ENR寫入?yún)?shù)來實現(xiàn)。具體描述如表7-17所示。03實驗步驟步驟1:首先，將“D:STM32KeilTestMaterial06定時器實驗”文件夾復制到“D:STM32KeilTestProduct”文件夾中。然后，雙擊運行“D:STM32KeilTestiProductl06.定時器實驗Proiect”文件夾中的STM32KeilPrjuvproix，單擊工具欄中的留按鈕，當BuildOutput欄出現(xiàn)FromELFcreatinghexfile..表示已經(jīng)成功生成hex文件，出現(xiàn)0Error(s)0Warning(s)表示編譯成功。由于本實驗實現(xiàn)的是定時器功能，因此，Material提供的“06定時器實驗”工程中Timer模塊中的Timer文件對是空白的，而Mainc文件的Proc2msTask和ProcSecTask函數(shù)均依賴于Timer模塊，因此，也就無法通過計算機上的串口助手軟件查看串口輸出的信息，STM32核心板上的兩個LED也無法正常閃爍。不過，只要編譯成功，接著就可以進入下一步操作。復制并編譯原始工程步驟2:首先，將“D:STM32KeilTest\Producti06定時器實驗HWTimer”文件夾中的Timer.c添加到HW分組，具體操作可參見2.3節(jié)步8。然后，將“D:STM32KeilTestProduct06定時器實驗HWTimer”路徑添加到IncludePaths欄，具體操作可參見23節(jié)步驟11。添加Timer文件對步驟3:單擊

按鈕進行編譯編譯結束后,在Project面板中雙擊Timerc下的Timerh。在Timerh文件的“包含頭文件”區(qū)，添加代碼#include"DataType.h"。在Timerh文件的“API函數(shù)聲明”區(qū)添加如程序清單7-1所示的API函數(shù)聲明代碼InitTimer函數(shù)主要是初始化Timer模塊;Get2msFlag和C2msFlag函數(shù)的功能是獲取和清除2ms標志，Mainc中的Proc2msTask就是調(diào)用這兩個函數(shù)，實現(xiàn)2ms任務功能;Get1SecFlag和CIr1SecFlag函數(shù)的功能是獲取和清除1s標志，Mainc中的Proc1SecTask就是調(diào)用這兩個函數(shù)，實現(xiàn)1s任務功能。完善Timer.h文件步驟4:在Timerc文件的“包含頭文件”區(qū)的最后，添加代碼#include"stm32f10x_confh"。在Timer.c文件的“內(nèi)部變量”區(qū)，添加內(nèi)部變量的定義代碼，如程序清單7-2所示。s_i2msFlag是2ms標志位，s_ilseFlag是1s標位，這兩個變量在定義時還要初始化為FALSE。完善Timerc文件步驟4:在Timerc文件的“內(nèi)部函數(shù)聲明”區(qū)，添加內(nèi)部函數(shù)的聲明代碼，如程序清單7-3所示。ConfigTimer2函數(shù)用于配置TIM2，ConfigTimer5函數(shù)用于配置TIM5。完善Timerc文件步驟4:在Timerc文件的“內(nèi)部函數(shù)實現(xiàn)”區(qū)，添加CongTimer2和ConfigTimer5函數(shù)的實現(xiàn)代碼，如程序清單7-4所示。由于這兩個函數(shù)的功能類似，下面按照順序僅對CongTimer2函數(shù)中的語句進行解釋說明。(1)在使用TIM2之前，需要通過RCC_APB1PeriphClockCmd函數(shù)使能TIM2的時鐘。(2)通過TIM_TimeBaseInit函數(shù)對TIM2進行配置，該函數(shù)涉及TIM2_CR1的DIRCMS[1:0]、CKD[1:0]，TIM2_ARR，TIM2_PSC，以及TIM2_EGR的UG。DIR用于設置計數(shù)器計數(shù)方向，CMS[1:0]用于選擇中央對齊模式，CKD[1:0]用于設置時鐘分頻系數(shù)，可參見圖7-2和表7-1，本實驗中，TIM2設置為邊沿對齊模式，計數(shù)器遞增計數(shù)。TIM2_ARR和TIM2_PSC用于設置計數(shù)器的自動重裝載值和預分頻器的值，可參見圖7-8和圖7-9，以及表7-7和表7-8，本實驗中，這兩個值通過CongTimer2函數(shù)的參數(shù)a和psc來決定。UG用于產(chǎn)生更新事件，可參見圖7-6和表7-5，本實驗中將該值設置為1，用于重新初始化計數(shù)器，并產(chǎn)生一個更新事件。完善Timerc文件步驟4:(3)通過TIM_ITConfig函數(shù)使能TIM2的更新中斷，該函數(shù)涉及TIM2_DIER的UIEUIE用于禁止和允許更新中斷，可參見圖7-4和表7-3。(4)通過NVIC_Imit函數(shù)使能TIM2的中斷，同時設置搶占優(yōu)先級為0，子優(yōu)先級為3。(5)通過TIM_Cmd函數(shù)使能TIM2，該函數(shù)涉及TIM2_CR1的CEN，可參見圖7-2和表7-1。完善Timerc文件步驟4:完善Timerc文件步驟4:在Timerc文件的“內(nèi)部函數(shù)實現(xiàn)”區(qū)，在ConfigTimer5函數(shù)實現(xiàn)區(qū)的后面添加TIM2_IRQHandler和TIM5_IQHandler中斷服務函數(shù)的實現(xiàn)代碼，如程序清單7-5所示。由于這兩個中斷服務函數(shù)的功能類似，下面按照順序僅對TIM2IRQHandler函數(shù)中的語句進行解釋說明。(1)Timerc的CongTimer2函數(shù)中使能了TIM2的更新中斷，因此當TIM2遞增計數(shù)產(chǎn)生溢出時，會執(zhí)行TIM2_IRQHandler函數(shù)。完善Timerc文件步驟4:(2)通過TIM_GetITStatus函數(shù)獲取TIM2更新中斷標志，該函數(shù)涉及TIM2_DIER的UIE和TIM2_SR的UIF，可參見圖7-4、圖7-5、表7-3和表7-4。本實驗中，UIE為1，表示使能更新中斷，當TIM2遞增計數(shù)產(chǎn)生溢出時，UIF由硬件置為1并產(chǎn)生更新中斷，執(zhí)行TIM2IRQHandler函數(shù)。因此，在TIM2_IRQHandler函數(shù)中還需要通過TIM_CIearITPendingBi函數(shù)將UIF清零。(3)變量s_i2msFlag是2ms標志位，然而，TIM2_IRQHandler函數(shù)是1ms執(zhí)行一次，因此，還需要一個計數(shù)器(s_iCnt2)，TIM2_IRQHandler函數(shù)執(zhí)行一次，s_iCnt2就執(zhí)行一次加1操作，當s_iCnt2等于2時，將s_i2msFlag置為1，并將s_iCnt2清零。完善Timerc文件步驟5:在Project面板中，雙擊打開Mainc文件，在Main.c文件的“包含頭文件”區(qū)的最后，添加代碼#include"Timerh"。這樣就可以在Maic文件中調(diào)用Timer模塊的API函數(shù)等，實現(xiàn)對Timer模塊的操作。