STM32基础教程（CubeMX）—— 定时器

定时器

定时器原理

原理

本质上就是一个记录脉冲数量的计数器，当记的数达到上限时会发生“溢出”，计时器清零同时产生一个信号，这个信号可以代表很多事件，定时器中断就是其一。
定时器的功能有输出比+和输入捕获两种，输出比较就是定时和PWM功能等，输入捕获用于测量。

分频器（PSC）的原理

如果只是使用时钟信号作为基本的脉冲进行计数，虽然精度相当高，但是计数的最大时间受到了很大的限制，因此引入了分频的概念。分频，本质上就是在时钟和定时器中间再加上一个定时器，这个定时器就叫做分频器，定时器实际上记录的脉冲是分频器传递出来的脉冲。

自动重载寄存器（ARR）

如果只是使用定时器与分频器，那么为了获得非最大时间的定时，就需要在定时器开始计时的时候设置一个初始时间，ARR解决了这个问题，它相当于降低了计时器的最大时间，让计时器到指定的时间就发生溢出。

定时器PWM原理

PWM（脉宽调制）的原理：通过调节矩形脉冲的占空比，达到控制输出量大小（等效大小）的目的。如果占空比一直不变，常用来做亮度调整、电机速度调整等。如果占空比随时改变，常用来模拟正弦量等连续信号（逆变）。
定时器PWM的原理：

原理有输入捕获和输出比较两个部分。为了通过定时器实现PWM功能，指定了一个GPIO引脚为捕获/比较引脚，同时添加一个捕获/比较寄存器（CCR）。
输出比较原理：给捕获/比较寄存器一个值，这个值介于零与ARR之间。计数分频后的脉冲，当计数达到CCR的值时，捕获比较引脚的电平状态进行翻转，同时产生一个捕获比较事件（Capture Compare），脉冲计数继续进行。当脉冲计数达到ARR的值时，定时器清零，因定时器的值再次小于CCR所以捕获比较引脚状态再次翻转，同时产生一个更新事件（Updata）。
输入捕获原理：输入捕获有两种方法，T法与M法，都是用来测量外部输入的脉冲的频率的。

CubeMX的操作

定时功能的设置（对应Updata事件）

在"Pinout & Configuration"界面下，左侧选择下拉菜单"Timers"，下拉菜单中“TIM1”到“TIM8”都是定时器，选择一个定时器，中间的界面里出现对应的窗口。
第三个选项“Clock Source”选择“Internal Clock”内部时钟。内部时钟的频率在"Clock Configuration"界面下，“HCLK(MHz)”后面的“APB1”和“APB2”后面的“APB1/2 timer clocks”中设置，至于哪个定时器属于哪个APB，需要查询数据手册。
在Mode窗口下面的Configuration窗口里，第一个菜单，第一个下拉菜单里第一项PSC，这里设置PSC的值。注意， $分频值=1+PSC$ ，分频后的等效频率就相当于原始频率乘以分频值分之一，这里PSC的值与分频值之所以不一样，是因为PSC在最后一个脉冲到来后才会进位。
第三个选项设置ARR的值，从ARR的名字，或者点击右上角的“i”按钮后在点击ARR那一行，可以看到ARR的位数，也就相当于是定时器的位数。设置PSC和ARR的时候要综合考虑将来要设置的定时时间。同样的，要计数5000次的话，ARR应该设置4999。

举例：假设我选择定时器2（TIM2），内部时钟。考虑到我要定时500ms，那么就需要选择7199PSC，即等效时钟为10kHz，一次脉冲相当于0.1+ms。因此，我需要计数5000次，那么ARR就需要设置为4999。这样一来，ARR的值没有超过限制，PSC的值也没有超过限制（位数的限制），次设置就是合理的。而如果PSC设置为71，等效频率1MHz，那么即使ARR调到最大，计时也只有一百多ms而已。

定时器中断的设置

设定好定时器的定时功能后，它在每次定时到了归零的时候，都会产生一个Updata事件，这个时候如果开启定时器全局中断，就可以在中断服务函数里面寻找处理Updata事件的中断回调函数进行中断的处理。
NVIC Settings菜单下勾选定时器全局中断。这里其实也可以在左侧的NVIC菜单中设置，设置方式与打开外部中断的方式一致，顺便还可以设置优先级。

定时器触发外部设备（Trigger Out事件）

在Mode窗口下面的Configuration窗口里，第一个菜单，第二个下拉菜单"Trigger Output (TRGO) Parameters"就是该事件的设置菜单。
第一个选项“Master/Slave Mode(MSM bit)”是让定时器既做主机触发别人，又做从机被别人触发，一般不选。
第二个选项就是选择由说明事件触发Trigger Out事件，Trigger Out事件就是定时器向外发送的一个信号，可以用来触发别的外设。

输入捕获的设置

在定时器的配置界面中，随便选择一个通道，设置为"Input Capture direct mode"，即设置为输入捕获模式。
此时下方"Parameter Settings"窗口中出现输入捕获下拉菜单"Input Capture Channel"，第一个选项"Polarity Selection"设置的是捕获目标，默认是上升沿捕获。
第三个选项是分频"Prescaler Division Ratio"选项，一般选择不分频。
第四个选项是数字滤波器滤波次数的选择，就是连续捕获多少次才认为真的出现了目标电平，一般设为8。
对应的输入捕获引脚设置为下拉电阻（根据你要捕获的信号来设置），保证没有目标信号时输入电平的稳定。
打开定时器的全局中断，将来需要在中断里面对捕获到的值进行处理。

PWM功能的设置

与定时器的设置类似，打开定时器的设置界面。在“Mode”界面中，第四个选项(Channel)开始，开启定时器的通道，将通道选择为“PWM Generation CH1”，它是输出比较模式“Ooutput Compare CH1”的一个特例。其中，“CH1”是通道1的意思，有时候只有一个通道，不一定有多个通道。“CH1N”是CH1通道的反相。
PWM定时器定时功能设置：因为PWM功能需要用到定时器的定时功能才能完成输出比较，所以在初始化的时候也需要对定时功能进行设置，一般PWM的频率至少是200Hz，设置方面参考前面对定时功能的描述。
ARR对PWM精确度的影响：ARR的值越大，CCR可以设置的值的范围就越大，PWM就越精确。比如，ARR设置为4999（实际是计数5000次），那么PWM的精度就是五千分之一（CCR取值0到4999）。
CCR的设置：CubeMX中，在Mode窗口下面的Configuration窗口里，在你选择了PWM模式后，这个窗口中会多一个PWM模式的下拉菜单，在里面找到“Pulse”选项，它就是CCR的值。
其他设置选项：PWM的模式选项，是指选择第一个出现的是高电平该是低电平等。“CH Polarity”选项可以选择是用高电平计算的占空比还是低电平。
中断的设置：如果需要捕获比较事件或者更新事件产生中断，就需要再NVIC里面勾选响应的中断。注意，即使不申请中断，PWM也是会生成的。
指定需要的输出口：在参数都设置好了之后，还需要考虑通道的输出口是否是你需要的输出口，STM32中每个定时器的通道对应的GPIO口都是固定的，即每个定时器对应的捕获比较引脚是固定的。因此，要么选择对应的定时器，要么用线将捕获比较引脚与你想要输出的引脚连接起来。注意，连接的时候捕获比较引脚是输出模式的，所以你要用的引脚应该是输入模式的。

Keil5的操作

定时功能的使用

以上的步骤都只是初始化定时器，实际使用时还需要在函数中启用定时器，这里为了使用定时器中断，需要进行两步，即启用定时器和启用定时器中断。这两步可以通过一个函数HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2)解决。（如果只计时不中断可以去掉“_IT”使用另一个开始函数，比如只让定时器定时触发其他外设，不需要中断去做什么事情）
注意：使用上面说的这个函数启用定时器，定时器在定时结束后会进入中断服务函数，之后重置并继续计时，并不会定时一次后就停止。要想只进行一次中断，就需要在中断服务函数的最后关闭定时器中断（继续定时但是不中断）或者关闭定时器时基（不定时了）。

定时器中断服务函数

中断服务函数也在用户应用文件夹下的“芯片型号_it.c”文件中，关键词为TIM2，具体的名字是“TIM2_IRQHandler”。
与外部中断服务函数不同的是，每个定时器都有自己独立的中断服务函数。与外部中断类似的是，定时器的中断服务函数也处理定时器的全部事件，这里我们使用的是Updata事件，所以在函数中寻找对应的if语句，我们需要对里面的回调函数HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()；进行编辑，编辑方式同外部中断。
这个中断服务函数中写的东西只是占位用的，方式因为一个空的函数而警告用户。所以使用时直接去掉weak，在用户的其他.c文件中编写即可。需要注意的是，判断是否真的是中断，以及清空中断标志位，在之前if语句所在的那个函数里已经完成了。

PWM功能的使用

与定时功能一样，要使用定时器还需要在程序里面启用定时器。如果只使用PWM功能而不使用中断，就需要打开定时器的时基与PWM两个功能，如果还要使用中断，就是开启时基、PWM、中断三个功能，都可以通过一个库函数实现，注意，打开PWM的同时需要指定打开的是哪个通道。以定时器1为例，同时打开时基和PWM通道1的函数是HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,CHANNEL_1);。

程序中设置定时器的值

捕获比较寄存器的值(CCR)：把定时器1通道1的CCR设置为200，_HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,CHANNEL_1，200);

输入捕获功能的使用

使用函数HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3,TIM_CHANNEL_1);开启定时器的输入捕获模式（带中断），同定时器的其他模式一样，开启后不会自动关闭，需要进行手动关闭。
在中断的.c文件中，寻找定时器的中断服务函数，使用“Go to”功能在里面寻找捕获完成的回调函数，在里面编辑内容。
使用HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim3,TIM_CHANNEL_1)获取定时器3通道1捕获的值，作为该函数的返回值。注意，一般来说应该在中断中获取捕获的值，否则可能不能及时获取捕获值。
使用__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim3,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_RISING)设置定时器3通道1的捕获上升沿，最后一个参数就是捕获类型的设置。注意，这是一个预处理指令，因此Keil5可能不会联想出它对应的参数，不过打出最后一个参数的前几行应该就能联想出其他参数。
根据实际需要进行捕获的设置。例如要用T法测量频率，就应该先捕获一个上升沿，再捕获一个上升沿，两次捕获做差并计算频率。之后就可以关闭捕获了，总共进行两次捕获。

我测试的时候曾经半天没有搞出来，捕获到的值始终是0，如果遇到此类问题可以尝试重新创建工程，我推测是工程中的其他功能影响了采样，目前没有研究出具体原因。