STM32&定时器（超明白超细致超核心）

可以说，STM32的定时器是32这块芯片中功能最多，结构最复杂，内容涉及最多的外设之一了。从学习形式来看，可以归纳为两个层面：原理层和软件层。那么由于内容太多，我也按照这个架构来逐一进行讲解。

目录

一：定时器架构与原理

1.时基

2.计数方式

3.定时器的架构

二.定时器功能

1.基础溢出中断功能

2.输出比较功能

3.输入捕获 

4.时钟来源配置

三：API的总结

时基API

输出比较API

输入捕获API

外源时钟配置API

一：定时器架构与原理

1.时基

时基是STM32所有定时器的核心区域，任何类别的定时器都具有时基结构。它的原理也非常的典型并且简单：

其中：
CLK        时钟来源，一般来说时HCLK，特殊情况下还可以从输入捕获通道讲来源配置到外部。
PSC        分频频率，说白了就是对HCLK进行分频的寄存器
ARR        重装值这个表述其实并不准确，后续细讲。

2.计数方式

计数方式分为三种：
        向上计数法和向下计数法：这两种计数法都非常好理解。一种是递减计数，一种是递增计数。但是这里就能看出来，如果ARR单纯的是当溢出后重装给定时器的值，那么这样是完全不合理的。所以准确的说：向下计数时，ARR是重装值，向上计数时，ARR时是溢出值。
        中心对齐计数法：先从0开始向上计数，当CNT=ARR-1时，可以产生中断。此时开始向下计数，当CNT=1时，可以再次产生中断。       

听不懂？好说，上图：

另外，这里可以得出一条公式：

其中，Ft是时钟来源频率，Tout是溢出的时间长度。

3.定时器的架构

定时器的种类有三种，在32中一般分为：
基本定时器                拥有基本定时功能和中断功能
通用定时器                拥有基本定时器功能外加输入捕获；输出比较；内外时钟源选择
高级定时器                拥有通用定时器所有功能，外加重复计数器；死区重生；互补和刹车输入

从这你就能开出来定时器的功能有多么丰富，再看看架构图：

这是一个通用定时器的架构，其实主要就分三部分：

时钟来源---时基---GPIO--通道

其中，通道就是下面这些重复的部分，也是实现主要功能的区域。每一个寄存器都配备有很多个通道，并且对应的GPIO口对应的通道往往是确定的：比如LED1

这里的TIM4_CH3就是定时器4通道3.
 

二.定时器功能

通道是32定时器的核心学习内容，可以说定时器这个部分复杂就复杂在了通道这个部分。其原因就是 STM32的所有的定时器特殊功能几乎都来源于这些通达。

1.基础溢出中断功能

当定时器的值小于0或者当它大于ARR又或者是到达某个设定特殊值时，将产生中断，这个原理非常简单，主要是软件的配置部分对于不熟悉新手而言比较饶。

我给个基本的步骤吧：
时基的基本的配置 ---> 时钟的使能 ---> GPIO配置（可以没有）--->NVIC配置 ---> 中断服务函数配置 ---> 中断溢出回调函数具体配置
其中，按颜色来分布记忆最好，开始成为时基的配置，中间为MSP配置，最后为中断内容配置。

废话少说，我上代码吧：

#include "timer.h"
#include "led.h"
	TIM_HandleTypeDef timer_init = {0};
void Timer_init(uint16_t arr,uint16_t psc){

	
	timer_init.Instance = TIM2;	//选择定时器
	timer_init.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;	//重装使能
	timer_init.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;		//计数方式
	timer_init.Init.Period = arr;		//arr，重装载初始值
	timer_init.Init.Prescaler = psc;	//psc，	分频数
	
	HAL_TIM_Base_Init(&timer_init);
	HAL_TIM_Base_Start_IT(&timer_init);
}
//初始化msp，该函数会被HAL_TIM_Base_Init自动调用，就是像中断中的公共处理函数一样
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim){
	if(htim->Instance == TIM2){
		__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();
		HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn,0,2);
		HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);
		
	}
}

void TIM2_IRQHandler(){
	
	HAL_TIM_IRQHandler(&timer_init);

}

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *timer_init){
	if(timer_init->Instance == TIM2)
	led_triggle(); 
}

这是一个溢出中断控制小灯规律亮灭的配置。
这里我带一个常识：
HAL库中的中断函数往往是 中断服务函数---中断公共处理函数---xxx功能回调函数 其中回调函数的数量往往是相当的庞大的，你找个函数能累死你的，所以一会儿到最后我给一些常用的通用的API做个总结。

2.输出比较功能

输出比较功能是指，存在一个寄存器可以将自身的值和定时器的CNT进行比较，通过结果来控制对应的GPIO口的极性。

图中可以看到的 捕获/比较寄存器  就是CRR寄存器。说白了，就是把CRR的值跟CNT比较以下，然后可以根据结果来调整对应输出接的GPIO口的电平，就这么简单。

CNT是变化的，也就是说，单位周期里一段时间内有CNT＞CRR也有CNT＜CRR。并且CNT的变化速度是平均的，所以我们完全可以通过控制CRR来控制单位时间内CNT有多久＞CRR多久＜。对应到GPIO口就是单位时间内可以控制多久位高电平多久为低电平。

怎么样，有没有觉得很熟悉呼之欲出？是的，完全可以搞出来一个PWM波。
上代码！

//PWM部分：
#include "pwm.h"
#include "led.h"
	TIM_HandleTypeDef timer_init = {0};
void Timer_init(uint16_t arr,uint16_t psc){

	
	timer_init.Instance = TIM4;	//选择定时器
	timer_init.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;	//重装使能
	timer_init.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;		//计数方式
	timer_init.Init.Period = arr;		//arr，重装载初始值
	timer_init.Init.Prescaler = psc;	//psc，	分频数
	
	TIM_OC_InitTypeDef pwm_config = {0};
	pwm_config.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
	pwm_config.Pulse = arr/2;
	pwm_config.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_LOW;
	
	HAL_TIM_PWM_Init(&timer_init);
	HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&timer_init,&pwm_config,TIM_CHANNEL_3);
	HAL_TIM_PWM_Start_IT(&timer_init,TIM_CHANNEL_3);
}
//初始化msp，该函数会被HAL_TIM_Base_Init自动调用，就是像中断中的公共处理函数一样
void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim){
	if(htim->Instance == TIM4){
		__HAL_RCC_TIM4_CLK_ENABLE();
		__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
		
		GPIO_InitTypeDef gpio_init={0};
		
		gpio_init.Pin = GPIO_PIN_8;
		gpio_init.Pull = GPIO_PULLUP;
		gpio_init.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
		gpio_init.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;

		HAL_GPIO_Init(GPIOB,&gpio_init);
		
	}
}

void CRR_SET(uint16_t val){
	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&timer_init, TIM_CHANNEL_3, val);
}


//main部分
int main(void)
{
	stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);
    HAL_Init();                        
	led_init();
	Timer_init(500 - 1,72 - 1);
	
	uint16_t i = 0;
    while(1)
    { 
		for(i = 0; i<200; i++){
			CRR_SET(2*i);
			delay_ms(5);
		}
		
		for(i = 0; i<200; i++){
			CRR_SET(499 - 2*i);
			delay_ms(5);
		}
    }
}

这里最后就是用PWM波控制了一手小灯，让他慢慢的亮慢慢的灭。俗称呼吸灯。

3.输入捕获 

其实输入捕获和输出比较用的是同一个寄存器，只不过重点和使用方法变了：

是的，之前是通过CRR最后控制到GPIO上，这次反过来了，这次是通过GPIO控制到CRR上了。

那么具体的是怎么个事儿呢？
就是通过检测某一个GPIO引脚的电平，通过配置产生中断。此时内部的CRR接收到响应的请求后通过更新中断捕获此时定时器的CNT的值，并把该值赋值给了CRR。

这其实还是不难，但是说白了，这里所有的难度都在于软件配置的理解上，废话不多说，上代码：
 

#include "pwm.h"
#include "led.h"
#include "uart1.h"
#include "string.h"
struct{
	uint8_t success_flag;
	uint8_t falling_flag;
	uint8_t rasing_flag;
	uint8_t timeout_cnt;
	uint16_t count;
}FLAG = {0};

TIM_HandleTypeDef timer_init = {0};

void Timer_init(uint16_t arr,uint16_t psc){

	//时基初始化
	timer_init.Instance = TIM2;								//选择定时器
	timer_init.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;		//计数方式
	timer_init.Init.Period = arr;							//arr，重装载初始值
	timer_init.Init.Prescaler = psc;						//psc，	分频数
	
	HAL_TIM_IC_Init(&timer_init);
	
	
	//通道的选择和配置
	TIM_IC_InitTypeDef chennel_config = {0};
	chennel_config.ICFilter = 0;
	chennel_config.ICPolarity = TIM_ICPOLARITY_FALLING;		//指定触发电平边沿
	chennel_config.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;			//指定分频数
	chennel_config.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;	//指定输入
	
	HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&timer_init,&chennel_config,TIM_CHANNEL_2);	
	__HAL_TIM_ENABLE_IT(&timer_init,TIM_IT_UPDATE);
	HAL_TIM_IC_Start_IT(&timer_init, TIM_CHANNEL_2);

}
//初始化msp，该函数会被HAL_TIM_Base_Init自动调用，就是像中断中的公共处理函数一样
void HAL_TIM_IC_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim){
	if(htim->Instance == TIM2){
		__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();				//定时器时钟配置
		__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();				//引脚时钟配置
		
		GPIO_InitTypeDef gpio_init={0};		
		gpio_init.Pin = GPIO_PIN_1;
		gpio_init.Pull = GPIO_PULLUP;
		gpio_init.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
		gpio_init.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;

		HAL_GPIO_Init(GPIOA,&gpio_init);
		        
		HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 2, 2);		//NVIC中断优先组设置
        HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);				//NVIC中断使能
		
	}
}

void TIM2_IRQHandler(){
	HAL_TIM_IRQHandler(&timer_init);
}

//公共中断处理函数中的捕获回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){
	
	if(htim->Instance == TIM2){
		if(FLAG.success_flag == 0){
			if(FLAG.falling_flag == 0){
				FLAG.count = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim,TIM_CHANNEL_2);						//捕获当前定时器内的val
				led_on();
				FLAG.falling_flag = 1;
                TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&timer_init, TIM_CHANNEL_2);							//清空通道设置
                TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&timer_init, TIM_CHANNEL_2, TIM_ICPOLARITY_RISING);		//设置通道设置		
				
			}else{	
				FLAG.count -= HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim,TIM_CHANNEL_2);					//再次捕获当前val
				FLAG.success_flag = 1;
				led_off();
				printf("按下按键时长：%d us /r/n",FLAG.count+FLAG.timeout_cnt*65536);			//计算
				TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&timer_init, TIM_CHANNEL_2);							//清空通道设置
                TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&timer_init, TIM_CHANNEL_2, TIM_ICPOLARITY_FALLING);	//设置通道设置	
				memset(&FLAG,0,sizeof(FLAG));
			}		
		}
	
	}
	
	
}

//溢出中断函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){
	
	FLAG.timeout_cnt ++;	//记录溢出了多少次
	
}

到这里你就发现了，钩子配置三次三次配置连时基的初始函数都不一样。哈哈是的，非常之c蛋，所以我才说到最最后的时候我给你来个API总结。说白了也是给我自己做个总结，因为钩子实在是TM太多了。 
        这个代码的配置我就不写流程了，和我之前说的流程是吻合的。

4.时钟来源配置

如果你能撑到这里还在看，那哥们你确实是挺行的，因为作者我写到这儿我都有点受不了了。

废话不多说，这里的功能其实也是非常简单。默认的定时器本来的来源基本都是HCLK，也就是72Mhz，奥对了，我之前居然不知道这里的72M其实是Mllion就是一百万的意思。扯回来，所以这里其实就是配置一个外面的时钟源，原理上没啥好讲的。

唯一有一点要注意就是这里多了一个部分：叫从模式控制器配置

然后这里只上核心代码吧：

	TIM_SlaveConfigTypeDef Slave_config = {0};
	Slave_config.SlaveMode = TIM_SLAVEMODE_EXTERNAL1;
	Slave_config.InputTrigger = TIM_TS_TI2FP2;
	Slave_config.TriggerFilter = 0;
	Slave_config.TriggerPolarity = TIM_TRIGGERPOLARITY_FALLING;
	
	HAL_TIM_SlaveConfigSynchro(&timer_init,&Slave_config);
	HAL_TIM_IC_Start(&timer_init,TIM_CHANNEL_2);

这里选择TIM2 和 TIM_CHANNEL_2的原因是因为这里把外源配置给了Key1，也就是最后我按一下定时器的CNT++一下。 

三：API的总结

我是真不想做这个部分，但是还是觉得挺必要的：

时基API

HAL_TIM_Base_Init()
HAL_TIM_Base_Start_IT()
HAL_TIM_Base_MspInit()
HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()
__HAL_RCC_TIM4_CLK_ENABLE()

输出比较API

HAL_TIM_PWM_Init()
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel()
HAL_TIM_PWM_Start_IT()
HAL_TIM_PWM_MspInit()

输入捕获API

HAL_TIM_IC_Init()
HAL_TIM_IC_ConfigChannel()
__HAL_TIM_ENABLE_IT()
HAL_TIM_IC_Start_IT()
HAL_TIM_IC_MspInit()
HAL_TIM_IC_CaptureCallback()
TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY
TIM_SET_CAPTUREPOLARITY

外源时钟配置API

HAL_TIM_SlaveConfigSynchro()

好了，作者我彻底干了，这里这些API没有一个是重复的，但是功能都是非常相似的，所以我称之为初学者收集者。来一个给你劝退一个，我的建议是如果你看原理图听各种流程各种难受，那你就直接上项目。东西整出来了什么你也就会了，别丧失自信。