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，在主函數用 DS0 的翻轉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分頻器（PSC）驅動的 16 位自動裝載計數器（CNT）構成。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/向下自動裝載計數器（TIMx_CNT）。


　　　　2)16 位可編程(可以實時修改)預分頻器(TIMx_PSC)，計數器時鐘頻率的分頻系數為 1～65535 之間的任意數值。


　　　　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）如下事件發生時產生中斷/DMA： 


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


　　　　　　B．觸發事件(計數器啟動、停止、初始化或者由內部/外部觸發計數) 


　　　　　　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。計數器依據方向位(DIR)向上或向下計數。


　　　　　　　　　　01：中央對齊模式1。計數器交替地向上和向下計數。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，只在計數器向下計數時被設置。


　　　　　　　　　　10：中央對齊模式2。計數器交替地向上和向下計數。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，只在計數器向上計數時被設置。


　　　　　　　　　　11：中央對齊模式3。計數器交替地向上和向下計數。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，在計數器向上和向下計數時均被設置。


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


　　　　位4 　　　　 DIR：方向(Direction) 


　　　　　　　　　　0：計數器向上計數；


　　　　　　　　　　1：計數器向下計數。


　　　　　　　　　　注：當計數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：在發生更新事件時，計數器不停止；


　　　　　　　　　　1：在發生下一次更新事件(清除CEN位)時，計數器停止。


　　　　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，則下述任一事件產生更新中斷或DMA請求：


　　　　　　　　　　　　?  計數器溢出/下溢


　　　　　　　　　　　　?  設置UG位


　　　　　　　　　　　　?  從模式控制器產生的更新


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


　　　　位1 　　　　 UDIS：禁止更新(Update disable)  


　　　　　　　　　　軟件通過該位允許/禁止UEV事件的產生


　　　　　　　　　　0：允許UEV。更新(UEV)事件由下述任一事件產生：


　　　　　　　　　　　　?  計數器溢出/下溢


　　　　　　　　　　　　?  設置UG位


　　　　　　　　　　　　?  從模式控制器產生的更新


　　　　　　　　　　具有緩存的寄存器被裝入它們的預裝載值。(譯注：更新影子寄存器) 


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


　　　　位0 　　　　 CEN：使能計數器


　　　　　　　　　　0：禁止計數器；


　　　　　　　　　　1：使能計數器。


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


　　首先 TIMx_CR1 的最低位，也就是計數器使能位，該位必須置 1，才能讓定時器開始計數。 從第 4 位 DIR 可以看出默認的計數方式是向上計數， 同時也可以向下計數，第5,6位是設置計數對齊方式的。從第 8 和第 9 位可以看出，我們還可以設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，所以該位要設置為 1，來允許由于更新事件所產生的中斷。


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


　　　定時器的時鐘來源有 4 個：


　　　　1）內部時鐘（CK_INT）


　　　　2）外部時鐘模式 1：外部輸入腳（TIx）


　　　　3）外部時鐘模式 2：外部觸發輸入（ETR）


　　　　4）內部觸發輸入（ITRx）：使用 A 定時器作為 B 定時器的預分頻器（A 為 B 提供時鐘）。


　　這些時鐘，具體選擇哪個可以通過 TIMx_SMCR 寄存器的相關位來設置。這里的 CK_INT時鐘是從 APB1 倍頻的來的，除非 APB1 的時鐘分頻數設置為 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器，該寄存器存儲了當前定時器的計數值。


　　e) 自動重裝載寄存器（TIMx_ARR），該寄存器在物理上實際對應著 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 TIMx_CR1 寄存器中 APRE 位的設置：APRE=0 時，預裝載寄存器的內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，才把預裝在寄存器的內容傳送到影子寄存器。


　　f) 狀態寄存器（TIMx_SR）。該寄存器用來標記當前與定時器相關的各種事件/中斷是否發生。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來使能 TIM3。調用的函數是：


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


　　2）初始化定時器參數,設置自動重裝值，分頻系數，計數方式等。


　　在庫函數中，定時器的初始化參數是通過初始化函數 TIM_TimeBaseInit 實現的：


　　　　voidTIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef*TIMx,


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);


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




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; 


　　這個結構體一共有 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有用，最后一個參數 TIM_RepetitionCounter 是高級定時器才有用的。


　　第一個參數 TIM_Prescaler 是用來設置分頻系數的


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


　　第三個參數 TIM_Period 是設置自動重載計數周期值


　　第四個參數 TIM_ClockDivision 是用來設置時鐘分頻因子


　　3）設置 TIM3_DIER 允許更新中斷。


　　因為要使用 TIM3 的更新中斷，寄存器的相應位便可使能更新中斷。在庫函數里面定時器中斷使能是通過 TIM_ITConfig 函數來實現的：


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


　　第一個參數是選擇定時器號，取值為 TIM1~TIM17


　　第二個參數非常關鍵，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 中斷優先級設置。


　　在定時器中斷使能之后，因為要產生中斷，必不可少的要設置 NVIC 相關寄存器，設置中斷優先級。


　　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 位來設置。 在固件庫里面使能定時器的函數是通過 TIM_Cmd 函數來實現的：


　　　　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


　　6）編寫中斷服務函數。


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


　　在固件庫函數里面，用來讀取中斷狀態寄存器的值判斷中斷類型的函數是：


　　　　ITStatus TIM_GetITStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t)


　　該函數的作用是，判斷定時器 TIMx 的中斷類型 TIM_IT 是否發生中斷。比如，要判斷定時器 3 是否發生更新（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是： 


　　　　void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT)


　　該函數的作用是，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用來判斷定時器狀態以及清除定時器狀態標志位的函數 TIM_GetFlagStatus 和 TIM_ClearFlag，作用和前面兩個函數的作用類似。只是在 TIM_GetITStatus 函數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 直接用來判斷狀態標志位。


4、軟件設計


　　1）初始化設置 




 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：時鐘預分頻數
 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，計數到5000為500ms
16     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(7200-1); //設置用來作為TIMx時鐘頻率除數的預分頻值  10Khz的計數頻率  
17     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //設置時鐘分割:TDTS = Tck_tim
18     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上計數模式
19     TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根據TIM_TimeBaseInitStruct中指定的參數初始化TIMx的時間基數單位
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;  //先占優先級0級
31     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //從優先級3級
32     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
33     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根據NVIC_InitStruct中指定的參數初始化外設NVIC寄存器
34 
35     TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx外設
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 }


　　系統初始化的時候在默認的系統初始化函數 SystemInit 函數里面已經初始化 APB1 的時鐘為 2 分頻，所以 APB1 的時鐘為 36M，而從 STM32 的內部時鐘樹圖得知：當 APB1 的時鐘分頻數為 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，再根據我們設計的 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




 1 int main(void)
 2 { 
 3     delay_init();        　　//延時函數初始化 
 4     NVIC_Configuration();　　//設置 NVIC 中斷分組 2:2 位搶占優先級，2 位響應優先級 
 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 的計數頻率，計數到 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，進入死循環等待 TIM3溢出中斷，當 TIM3_CNT 的值等于 TIM3_ARR 的值的時候，就會產生 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。根據上面的公式，我們可以算出中斷溢出時間為500ms。


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