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第三章 定时中断

3.1 Timer定时器简介

参考资料：江协科技B站视频

3.1.1 定时器简介

  • TIM（Timer）定时器
  • 定时器可以对输入的时钟进行计数，并在计数值达到设定值时触发中断
  • 16位计数器、预分频器、自动重装寄存器的时基单元，在72MHz计数时钟下可以实现最大59.65s的定时
  • 不仅具备基本的定时中断功能，而且还包含内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等多种功能
  • 根据复杂度和应用场景分为了高级定时器、通用定时器、基本定时器三种类型

定时器类型

类型 编号 总线 功能
高级定时器 TIM1、TIM8 APB2 拥有通用定时器全部功能，并额外具有重复计数器、死区生成、互补输出、刹车输入等功能
通用定时器 TIM2、TIM3、TIM4、TIM5 APB1 拥有基本定时器全部功能，并额外具有内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等功能
基本定时器 TIM6、TIM7 APB1 拥有定时中断、主模式触发DAC的功能

不同的芯片拥有的定时器资源不同，例如STM32F103C8T6定时器资源：TIM1、TIM2、TIM3、TIM4

3.1.2 定时器框图

基本定时器

时基单元 基本参数

  • PSC （预分频器），对输入的频率提前进行分频操作。

需要注意的是当预分频的值为 0 时，即对频率除 2 ，以此类推。

  • CNT （计数器），计数器为16位，可以从 0 ~ 65535 计数。
  • ARR （自动重装值） ，也成为 “ 计数周期 ” ，当计数器达到 ” 自动重装值 ” 以后触发更新清零，然后产生 中断 或 事件 。

这里产生的中断即 “ 更新中断 ”，后续配置好 NVIC 和 定时中断函数就可以进行中断任务。而事件即 “ 更新事件 ” 则不会触发中断，但可以触发内部其他电路工作。

简单提一下主从触发模式中的主模式自动触发DAC原理：

主模式可以将定时的 “ 更新事件 ” 映射到TRGO引脚，然后TRGO接到DAC的触发转换引脚。这样就完成了定时自动触发DAC而不需要中断触发DAC。

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⚠：--基本定时器仅支持向上计数--时钟选择也仅支持内部时钟，为72MHZ

通用定时器

通用定时器的时钟源有多种选择

内部时钟最为常用，外部时钟首选外部时钟模式2。

  • 内部时钟 （CK_INT）
  • 外部时钟 1 （触发源有多种，具体可以看下图）

外部时钟 1 的触发源可以为：

  1. TIMx_ETR引脚
  2. ITR 0-3 （连接的为定时器，详情可看官方参考手册）
  3. TIMx_CH1的边沿 （即图中的TI1F_ED）
  4. TIMx_CH1 （即图中的TI1FP1）
  5. TIMx_CH2 （即图中的TI2FP2）

更多详细的这部分内容会在输入捕获介绍，先简单了解

  • 外部时钟模式 2 （TIMx_ETR 外部触发输入）

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高级定时器

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3.1.3 STM32CubeMX参数

参数很多，与上一节定时器框图对应，主从模式、输入捕获等可后续章节学习，先简单了解。

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三个参数：

  1. Slave mode ：从模式，在输入捕获章节配置 主从触发模式 会用到；也可以选择配置为 外部时钟 1 。

    • External Clock Mode 1
    • Reset Mode
    • Gated Mode
    • Trigger Mode

    Reset Mode、Gated Mode、Trigger Mode在输入捕获章节介绍，暂时知道是和输入捕获相关即可。

  2. Trigger mode ：触发模式，用于配置 主从触发模式 或 外部时钟 1 的触发源。

    • ITR0
    • ITR1
    • ITR2
    • ITR3
    • ETR1（TIMx_ETR引脚）
    • T1_ED
    • T1FP1
    • TI2FP2

    可以看出与上一节所说的参数一致，由于很少用外部时钟 1 ，所以触发源更多在主从触发模式使用，故在输入捕获章节介绍，暂时知道是和输入捕获相关即可。

  3. Clock mode ：时钟源，可以选择 内部时钟 和 外部触发输入 。

    • Internal Clock
    • ETR2（TIMx_ETR引脚）

3.2 定时中断

3.2.1 定时中断结构

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3.2.2 计数频率计算

\[ 计数频率 = \frac{时钟频率}{Prescaler + 1} \]

Note

例1：时钟频率为 72 MHZ，预分频器Prescaler为 7199，则定时器计数频率为 10000HZ，也就是每 0.0001s 记 1 个数。

若是自动重装值ARR为 1000 ，那么便是每 0.1s 生成一个 “ 更新中断 ”。

Note

例2：为什么说在72MHz计数时钟下可以实现最大59.65s的定时？

首先要是的Prescaler和ARR的值都是16位的，所以最大为 65536-1=65535

\[ 计数频率 = \frac{72000000}{65535}=1098.65HZ \]
\[ 定时时间=\frac{1}{计数频率}({ARR-1})=\frac{1}{1098.65}{65535}=59.65s \]

3.2.3 STM32CubeMX配置

1. SYS配置

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2. RCC配置

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3. GPIO配置

配置PB0和PB1为输出模式

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4. 定时器配置

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auto-reload-preload ：定时器的预加载机制是否开启，即允许在计数器到达最大值之前，提前将新的值加载到 ARR 寄存器中，以便下一个计数周期可以使用新的自动重载值。这种机制可以避免定时器在溢出事件发生时出现不必要的延迟，确保定时准确度打开即可。

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3.2.4 工程代码编写

完成配置以后，可以在stm32f1xx_it.c文件找到TIM2_IRQHandler函数

C
void TIM2_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN TIM2_IRQn 0 */

  /* USER CODE END TIM2_IRQn 0 */
  HAL_TIM_IRQHandler(&htim2);
  /* USER CODE BEGIN TIM2_IRQn 1 */

  /* USER CODE END TIM2_IRQn 1 */
}

总览一下中断处理函数：HAL_TIM_IRQHandler(&htim2)；这里包含了所以的定时器更新中断和事件处理内容，比如输出比较、输入捕获、定时中断等。

C
void HAL_TIM_IRQHandler(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    uint32_t itsource = htim->Instance->DIER;
    uint32_t itflag   = htim->Instance->SR;
    /* 捕获/比较通道 1  */
    if ((itflag & (TIM_FLAG_CC1)) == (TIM_FLAG_CC1)) {...}
    /* 捕获/比较通道 2  */
    if ((itflag & (TIM_FLAG_CC2)) == (TIM_FLAG_CC2)) {...}
    /* 捕获/比较通道 3  */
    if ((itflag & (TIM_FLAG_CC3)) == (TIM_FLAG_CC3)) {...}
    /* 捕获/比较通道 4  */
    if ((itflag & (TIM_FLAG_CC4)) == (TIM_FLAG_CC4)) {...}
    /* 定时器更新事件 */
    if ((itflag & (TIM_FLAG_UPDATE)) == (TIM_FLAG_UPDATE)) {...}
    /* Break 输入事件 */
    if ((itflag & (TIM_FLAG_BREAK)) == (TIM_FLAG_BREAK)) {...}
    /* 触发事件 */
    if ((itflag & (TIM_FLAG_TRIGGER)) == (TIM_FLAG_TRIGGER)) {...}
    /* 通讯事件 */
    if ((itflag & (TIM_FLAG_COM)) == (TIM_FLAG_COM)) {...}    

}

函数内容很多，我们现只关注定时中断内容，即 定时器更新事件 部分的代码，具体如下 ：

C
/* TIM Update event */
if ((itflag & (TIM_FLAG_UPDATE)) == (TIM_FLAG_UPDATE)) 
{
    if ((itsource & (TIM_IT_UPDATE)) == (TIM_IT_UPDATE)) 
    {
        // 清除更新中断标志
        __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(htim, TIM_FLAG_UPDATE);

        // 调用定时器更新回调函数
        #if (USE_HAL_TIM_REGISTER_CALLBACKS == 1)
            htim->PeriodElapsedCallback(htim);  // 用户自定义的回调函数
        #else
            HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(htim);  // 默认回调函数
        #endif
    }
}

重要函数和参数介绍，了解即可：

C
TIM_FLAG_UPDATE                                /* 更新中断标志位 */
TIM_IT_UPDATE                                  /* 更新中断是否使能 */
__HAL_TIM_CLEAR_FLAG(htim, TIM_FLAG_UPDATE)    /* 清除中断标志位 */
USE_HAL_TIM_REGISTER_CALLBACKS                 /* 判断用户是否重写了HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(htim)函数 */
htim->PeriodElapsedCallback(htim)              /* 用户自定义中断函数 */
HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(htim)            /* 默认函数 */

完成自己的中断服务，我们需要在stm32f1xx_it.c文件中重写中断处理函数HAL_TIM_PeriodElapsedCallback，示例如下：

C
/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    static unsigned char ledState = 0;
    if (htim == (&htim2))
    {
        if (ledState == 0)
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_RESET);
        else
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);
        ledState = !ledState;
    }
}
/* USER CODE END 1 */

最后在main.c文件上方 使能TIM2 ，中断中的内容就可以实现：

C
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); //以中断模式启动TIM Base生成。
/* USER CODE END 2 */

Note

htim2是在tim.h上方定义的