定時器中斷


STM32 的定時器功能十分強大，有 TIME1 和 TIME8 等高級定時器，也有 TIME2~TIME5 等通用定時器，還有 TIME6 和TIME7 等基本定時器。在本章中，我們將利用 TIM3 的定時器中斷來控制 DS1 的翻轉(zhuǎn)，在主函數(shù)用 DS0 的翻轉(zhuǎn)來提示程序正在運行。選擇難度適中的通用定時器來介紹。


1、 STM32 通用定時器簡介


STM32 的通用定時器是一個通過可編程預(yù)分頻器（PSC）驅(qū)動的 16 位自動裝載計數(shù)器（CNT）構(gòu)成。STM32 的通用定時器可以被用于：測量輸入信號的脈沖長度(輸入捕獲)或者產(chǎn)生輸出波形(輸出比較和 PWM)等。STM32 的每個通用定時器都是完全獨立的，沒有互相共享的任何資源。


STM32 的通用定時器 TIMx (TIM2、TIM3、TIM4 和 TIM5) 功能包括：


1)16 位向上、向下、向上/向下自動裝載計數(shù)器（TIMx_CNT）。


2)16 位可編程(可以實時修改)預(yù)分頻器(TIMx_PSC)，計數(shù)器時鐘頻率的分頻系數(shù)為 1～65535 之間的任意數(shù)值。


3）4 個獨立通道（TIMx_CH1~4），這些通道可以用來作為：


A．輸入捕獲


B．輸出比較


C．PWM 生成(邊緣或中間對齊模式)


D．單脈沖模式輸出


4）可使用外部信號（TIMx_ETR）控制定時器和定時器互連（可以用 1 個定時器控制另外一個定時器）的同步電路。


5）如下事件發(fā)生時產(chǎn)生中斷/DMA：


A．更新：計數(shù)器向上溢出/向下溢出，計數(shù)器初始化(通過軟件或者內(nèi)部/外部觸發(fā))


B．觸發(fā)事件(計數(shù)器啟動、停止、初始化或者由內(nèi)部/外部觸發(fā)計數(shù))


C．輸入捕獲


D．輸出比較


E．支持針對定位的增量(正交)編碼器和霍爾傳感器電路


F．觸發(fā)輸入作為外部時鐘或者按周期的電流管理


2、通用定時器的寄存器


a）首先是控制寄存器 1（TIMx_CR1），該寄存器的各位描述如圖1 所示：






TIMx_CR1 寄存器各位描述


位9:8 　　　CKD[1:0]: 時鐘分頻因子(Clock division)


定義在定時器時鐘(CK_INT)頻率與數(shù)字濾波器(ETR，TIx)使用的采樣頻率之間的分頻比例。


00：tDTS= tCK_INT


01：tDTS= 2 x tCK_INT


10：tDTS= 4 x tCK_INT


11：保留


位7 　　　　ARPE：自動重裝載預(yù)裝載允許位(Auto-reload preload enable)


0：TIMx_ARR寄存器沒有緩沖；


1：TIMx_ARR寄存器被裝入緩沖器。


位6:5 　　　CMS[1:0]：選擇中央對齊模式(Center-aligned mode selection)


00：邊沿對齊模式。計數(shù)器依據(jù)方向位(DIR)向上或向下計數(shù)。


01：中央對齊模式1。計數(shù)器交替地向上和向下計數(shù)。配置為輸出的通道(TIMx_CCMRx寄存器中CCxS=00)的輸出比較中斷標志位，只在計數(shù)器向下計數(shù)時被設(shè)置。


10：中央對齊模式2。計數(shù)器交替地向上和向下計數(shù)。配置為輸出的通道(TIMx_CCMRx寄存器中CCxS=00)的輸出比較中斷標志位，只在計數(shù)器向上計數(shù)時被設(shè)置。


11：中央對齊模式3。計數(shù)器交替地向上和向下計數(shù)。配置為輸出的通道(TIMx_CCMRx寄存器中CCxS=00)的輸出比較中斷標志位，在計數(shù)器向上和向下計數(shù)時均被設(shè)置。


注：在計數(shù)器開啟時(CEN=1)，不允許從邊沿對齊模式轉(zhuǎn)換到中央對齊模式。


位4 　　　　 DIR：方向(Direction)


0：計數(shù)器向上計數(shù)；


1：計數(shù)器向下計數(shù)。


注：當計數(shù)器配置為中央對齊模式或編碼器模式時，該位為只讀。


位3 　　　　OPM：單脈沖模式(One pulse mode)


0：在發(fā)生更新事件時，計數(shù)器不停止；


1：在發(fā)生下一次更新事件(清除CEN位)時，計數(shù)器停止。


位2 　　　　URS：更新請求源(Update request source)


軟件通過該位選擇UEV事件的源


0：如果使能了更新中斷或DMA請求，則下述任一事件產(chǎn)生更新中斷或DMA請求：


? 計數(shù)器溢出/下溢


? 設(shè)置UG位


? 從模式控制器產(chǎn)生的更新


1：如果使能了更新中斷或DMA請求，則只有計數(shù)器溢出/下溢才產(chǎn)生更新中斷或DMA請求。


位1 　　　　 UDIS：禁止更新(Update disable)


軟件通過該位允許/禁止UEV事件的產(chǎn)生


0：允許UEV。更新(UEV)事件由下述任一事件產(chǎn)生：


? 計數(shù)器溢出/下溢


? 設(shè)置UG位


? 從模式控制器產(chǎn)生的更新


具有緩存的寄存器被裝入它們的預(yù)裝載值。(譯注：更新影子寄存器)


1：禁止UEV。不產(chǎn)生更新事件，影子寄存器(ARR、PSC、CCRx)保持它們的值。如果設(shè)置了UG位或從模式控制器發(fā)出了一個硬件復(fù)位，則計數(shù)器和預(yù)分頻器被重新初始化。


位0 　　　　 CEN：使能計數(shù)器


0：禁止計數(shù)器；


1：使能計數(shù)器。


注：在軟件設(shè)置了CEN位后，外部時鐘、門控模式和編碼器模式才能工作。觸發(fā)模式可以自動地通過硬件設(shè)置CEN位。在單脈沖模式下，當發(fā)生更新事件時，CEN被自動清除。


首先 TIMx_CR1 的最低位，也就是計數(shù)器使能位，該位必須置 1，才能讓定時器開始計數(shù)。 從第 4 位 DIR 可以看出默認的計數(shù)方式是向上計數(shù)， 同時也可以向下計數(shù)，第5,6位是設(shè)置計數(shù)對齊方式的。從第 8 和第 9 位可以看出，我們還可以設(shè)置定時器的時鐘分頻因子為 1,2,4 。


b）第二個寄存器： DMA/ 中斷使能寄存器（TIMx_DIER）。該寄存器是一個 16 位的寄存器，其各位描述如圖2 所示：






TIMx_ DIER 寄存器各位描述


這里同樣僅關(guān)心它的第 0 位，該位是更新中斷允許位，本章用到的是定時器的更新中斷，所以該位要設(shè)置為 1，來允許由于更新事件所產(chǎn)生的中斷。


c）第三個寄存器：預(yù)分頻寄存器（TIMx_PSC）。該寄存器用設(shè)置對時鐘進行分頻，然后提供給計數(shù)器，作為計數(shù)器的時鐘。


定時器的時鐘來源有 4 個：


1）內(nèi)部時鐘（CK_INT）


2）外部時鐘模式 1：外部輸入腳（TIx）


3）外部時鐘模式 2：外部觸發(fā)輸入（ETR）


4）內(nèi)部觸發(fā)輸入（ITRx）：使用 A 定時器作為 B 定時器的預(yù)分頻器（A 為 B 提供時鐘）。


這些時鐘，具體選擇哪個可以通過 TIMx_SMCR 寄存器的相關(guān)位來設(shè)置。這里的 CK_INT時鐘是從 APB1 倍頻的來的，除非 APB1 的時鐘分頻數(shù)設(shè)置為 1， 否則通用定時器 TIMx 的時鐘是 APB1 時鐘的 2 倍，當 APB1 的時鐘不分頻的時候，通用定時器 TIMx 的時鐘就等于 APB1的時鐘。這里還要注意的就是高級定時器的時鐘不是來自 APB1，而是來自 APB2 的。


d) TIMx_CNT 寄存器，該寄存器是定時器的計數(shù)器，該寄存器存儲了當前定時器的計數(shù)值。


e) 自動重裝載寄存器（TIMx_ARR），該寄存器在物理上實際對應(yīng)著 2 個寄存器。


一個是程序員可以直接操作的，另外一個是程序員看不到的，這個看不到的寄存器在《STM32參考手冊》里面被叫做影子寄存器。事實上真正起作用的是影子寄存器。根據(jù) TIMx_CR1 寄存器中 APRE 位的設(shè)置：APRE=0 時，預(yù)裝載寄存器的內(nèi)容可以隨時傳送到影子寄存器，此時 2者是連通的；而 APRE=1 時，在每一次更新事件（UEV）時，才把預(yù)裝在寄存器的內(nèi)容傳送到影子寄存器。


f) 狀態(tài)寄存器（TIMx_SR）。該寄存器用來標記當前與定時器相關(guān)的各種事件/中斷是否發(fā)生。該寄存器的各位描述如圖3 所示：






TIMx_ SR 寄存器各位描述


3、定時器設(shè)置步驟


1）TIM3 時鐘使能。


TIM3 是掛載在 APB1 之下，所以我們通過 APB1 總線下的使能使能函數(shù)來使能 TIM3。調(diào)用的函數(shù)是：


RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //時鐘使能


2）初始化定時器參數(shù),設(shè)置自動重裝值，分頻系數(shù)，計數(shù)方式等。


在庫函數(shù)中，定時器的初始化參數(shù)是通過初始化函數(shù) TIM_TimeBaseInit 實現(xiàn)的：


voidTIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef*TIMx,


TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);


第一個參數(shù)是確定是哪個定時器，這個比較容易理解。第二個參數(shù)是定時器初始化參數(shù)結(jié)構(gòu)體指針，結(jié)構(gòu)體類型為 TIM_TimeBaseInitTypeDef，下面我們看看這個結(jié)構(gòu)體的定義　




1 typedef struct
2 {
3 uint16_t TIM_Prescaler;
4 uint16_t TIM_CounterMode;
5 uint16_t TIM_Period;
6 uint16_t TIM_ClockDivision;
7 uint8_t TIM_RepetitionCounter;
8 } TIM_TimeBaseInitTypeDef;


這個結(jié)構(gòu)體一共有 5 個成員變量，要說明的是，對于通用定時器只有前面四個參數(shù)有用，最后一個參數(shù) TIM_RepetitionCounter 是高級定時器才有用的。


第一個參數(shù) TIM_Prescaler 是用來設(shè)置分頻系數(shù)的


第二個參數(shù) TIM_CounterMode 是用來設(shè)置計數(shù)方式，可以設(shè)置為向上計數(shù)，向下計數(shù)方式還有中央對齊計數(shù)方式， 比較常用的是向上計數(shù)模式 TIM_CounterMode_Up 和向下計數(shù)模式 TIM_CounterMode_Down。


第三個參數(shù) TIM_Period 是設(shè)置自動重載計數(shù)周期值


第四個參數(shù) TIM_ClockDivision 是用來設(shè)置時鐘分頻因子


3）設(shè)置 TIM3_DIER 允許更新中斷。


因為要使用 TIM3 的更新中斷，寄存器的相應(yīng)位便可使能更新中斷。在庫函數(shù)里面定時器中斷使能是通過 TIM_ITConfig 函數(shù)來實現(xiàn)的：


void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState)；


第一個參數(shù)是選擇定時器號，取值為 TIM1~TIM17


第二個參數(shù)非常關(guān)鍵，是用來指明我們使能的定時器中斷的類型，定時器中斷的類型有很多種，包括更新中斷 TIM_IT_Update，觸發(fā)中斷 TIM_IT_Trigger，以及輸入捕獲中斷等等。


例如要使能 TIM3 的更新中斷，格式為：


TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE );


4）TIM3 中斷優(yōu)先級設(shè)置。


在定時器中斷使能之后，因為要產(chǎn)生中斷，必不可少的要設(shè)置 NVIC 相關(guān)寄存器，設(shè)置中斷優(yōu)先級。


5）允許 TIM3 工作，也就是使能 TIM3。


配置好定時器還不行，沒有開啟定時器，照樣不能用。在配置完后要開啟定時器，通過 TIM3_CR1 的 CEN 位來設(shè)置。 在固件庫里面使能定時器的函數(shù)是通過 TIM_Cmd 函數(shù)來實現(xiàn)的：


void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState)


比如要使能定時器 3，方法為：


TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能 TIMx 外設(shè)


6）編寫中斷服務(wù)函數(shù)。


在最后，還是要編寫定時器中斷服務(wù)函數(shù)，通過該函數(shù)來處理定時器產(chǎn)生的相關(guān)中斷。在中斷產(chǎn)生后，通過狀態(tài)寄存器的值來判斷此次產(chǎn)生的中斷屬于什么類型。然后執(zhí)行相關(guān)的操作，我們這里使用的是更新（溢出）中斷，所以在狀態(tài)寄存器 SR 的最低位。在處理完中斷之后應(yīng)該向 TIM3_SR 的最低位寫 0，來清除該中斷標志。


在固件庫函數(shù)里面，用來讀取中斷狀態(tài)寄存器的值判斷中斷類型的函數(shù)是：


ITStatus TIM_GetITStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t)


該函數(shù)的作用是，判斷定時器 TIMx 的中斷類型 TIM_IT 是否發(fā)生中斷。比如，要判斷定時器 3 是否發(fā)生更新（溢出）中斷，方法為：


if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET){}


固件庫中清除中斷標志位的函數(shù)是：


void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT)


該函數(shù)的作用是，清除定時器 TIMx 的中斷 TIM_IT 標志位。使用起來非常簡單，比如在TIM3 的溢出中斷發(fā)生后，要清除中斷標志位，方法是：


TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update );


這里需要說明一下，固件庫還提供了兩個函數(shù)用來判斷定時器狀態(tài)以及清除定時器狀態(tài)標志位的函數(shù) TIM_GetFlagStatus 和 TIM_ClearFlag，作用和前面兩個函數(shù)的作用類似。只是在 TIM_GetITStatus 函數(shù)中會先判斷這種中斷是否使能，使能了才去判斷中斷標志位，而TIM_GetFlagStatus 直接用來判斷狀態(tài)標志位。


4、軟件設(shè)計


1）初始化設(shè)置




1 #include "timer.h"
2 #include "led.h"
3 //通用定時器中斷初始化
4 //這里時鐘選擇為APB1的2倍，而APB1為36M
5 //arr：自動重裝值。
6 //psc：時鐘預(yù)分頻數(shù)
7 //這里使用的是定時器3!
8 void Timerx_Init(u16 arr,u16 psc)
9 {
10 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
11 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
12
13 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
14
15 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 5000; //設(shè)置在下一個更新事件裝入活動的自動重裝載寄存器周期的值，計數(shù)到5000為500ms
16 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(7200-1); //設(shè)置用來作為TIMx時鐘頻率除數(shù)的預(yù)分頻值 10Khz的計數(shù)頻率
17 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //設(shè)置時鐘分割:TDTS = Tck_tim
18 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上計數(shù)模式
19 TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根據(jù)TIM_TimeBaseInitStruct中指定的參數(shù)初始化TIMx的時間基數(shù)單位
20
21
22 TIM_ITConfig( //使能或者失能指定的TIM中斷
23 TIM3, //TIM2
24 TIM_IT_Update | //TIM 中斷源
25 TIM_IT_Trigger, //TIM 觸發(fā)中斷源
26 ENABLE //使能
27 );
28
29 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; //TIM3中斷
30 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //先占優(yōu)先級0級
31 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //從優(yōu)先級3級
32 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
33 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根據(jù)NVIC_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)NVIC寄存器
34
35 TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIMx外設(shè)
36
37 }
38
39 void TIM3_IRQHandler(void) //TIM3中斷
40 {
41 if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //檢查指定的TIM中斷發(fā)生與否:TIM 中斷源
42 {
43 TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update ); //清除TIMx的中斷待處理位:TIM 中斷源
44
45 //GPIO_WriteBit(GPIOD, GPIO_Pin_2, (BitAction)(1 - GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOD, GPIO_Pin_2)));
46 LED1=!LED1;
47 }
48 }


系統(tǒng)初始化的時候在默認的系統(tǒng)初始化函數(shù) SystemInit 函數(shù)里面已經(jīng)初始化 APB1 的時鐘為 2 分頻，所以 APB1 的時鐘為 36M，而從 STM32 的內(nèi)部時鐘樹圖得知：當 APB1 的時鐘分頻數(shù)為 1 的時候，TIM2~7 的時鐘為 APB1 的時鐘，而如果 APB1 的時鐘分頻數(shù)不為 1，那么 TIM2~7 的時鐘頻率將為 APB1 時鐘的兩倍。因此， TIM3 的時鐘為 72M，再根據(jù)我們設(shè)計的 arr 和 psc 的值，就可以計算中斷時間了。計算公式如下：


Tout= ((arr+1)*(psc+1))/Tclk；


其中：


Tclk：TIM3 的輸入時鐘頻率（單位為 Mhz）。


Tout：TIM3 溢出時間（單位為 s）。


2）主函數(shù)




1 int main(void)
2 {
3 delay_init(); 　　//延時函數(shù)初始化
4 NVIC_Configuration();　　//設(shè)置 NVIC 中斷分組 2:2 位搶占優(yōu)先級，2 位響應(yīng)優(yōu)先級
5 uart_init(9600);　　　　　//串口初始化波特率為 9600
6 LED_Init();　　　　　　　　//LED 端口初始化
7 TIM3_Int_Init(4999,7199); //10Khz 的計數(shù)頻率，計數(shù)到 5000 為 500ms
8 while(1)
9 {
10 　　LED0=!LED0;
11 　　delay_ms(200);
12 }
13 }


此段代碼對 TIM3 進行初始化之后，進入死循環(huán)等待 TIM3溢出中斷，當 TIM3_CNT 的值等于 TIM3_ARR 的值的時候，就會產(chǎn)生 TIM3 的更新中斷，然后在中斷里面取反 LED1，TIM3_CNT 再從 0 開始計數(shù)。根據(jù)上面的公式，我們可以算出中斷溢出時間為500ms。


Tout= ((4999+1)*( 7199+1))/72=500000us=500ms。