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STM32学习笔记:通用定时器基本定时功能

2018-06-05
类别:技术信息
eye 4722
文章创建人 拍明芯城


STM32的Timer简介

STM32中一共有11个定时器,其中2个高级控制定时器,4个普通定时器和2个基本定时器,以及2个看门狗定时器和1个系统嘀嗒时钟。今天主要是学习8个定时器。

STM32的8个定时器.png

定时器其中TIM1和TIM8是能够产生3对PWM互补输出的高级定时器,常用于三相电机的驱动,时钟由APB2的输出产生。TIM2-TIM5是普通定时器,TIM6和TIM7是基本定时器,其时钟由APB1输出产生。由于STM32的TIMER功能太复杂了,所以只能一点一点的学习。因此今天就从最简单的开始学习起,也就是TIM2-TIM5普通定时器的定时功能。

2.普通定时器TIM2-TIM5

2.1 时钟来源

计数器时钟可以由下列时钟源提供:

内部时钟(CK_INT)

外部时钟模式1:外部输入脚(TIx)

外部时钟模式2:外部触发输入(ETR)

内部触发输入(ITRx):使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器,如可以配置一个定时器Timer1而作为另一个定时器Timer2的预分频器。

由于今天的学习是最基本的定时功能,所以采用内部时钟。TIM2-TIM5的时钟不是直接来自于APB1,而是来自于输入为APB1的一个倍频器。这个倍频器的作用是:当APB1的预分频系数为1时,这个倍频器不起作用,定时器的时钟频率等于APB1的频率;当APB1的预分频系数为其他数值时(即预分频系数为2、4、8或16),这个倍频器起作用,定时器的时钟频率等于APB1的频率的2倍。通过倍频器给定时器时钟的好处:APB1不但要给TIM2-TIM5提供时钟,还要为其他的外设提供时钟;设置这个倍频器可以保证在其他外设使用较低时钟频率时,TIM2-TIM5仍然可以得到较高的时钟频率。

2.2 计数器模式

TIM2-TIM5可以由向上计数、向下计数、向上向下双向计数。向上计数模式中,计数器从0计数到自动加载值(TIMx_ARR计数器内容),然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。在向下模式中,计数器从自动装入的值(TIMx_ARR)开始向下计数到0,然后从自动装入的值重新开始,并产生一个计数器向下溢出事件。而中央对齐模式(向上/向下计数)是计数器从0开始计数到自动装入的值-1,产生一个计数器溢出事件,然后向下计数到1并且产生一个计数器溢出事件;然后再从0开始重新计数。

2.3 编程步骤

1. 配置系统时钟;

2. 配置NVIC;

3. 配置GPIO;

4. 配置TIMER;

其中,前3项比较简单,在此就不再赘述了。第4项配置TIMER有如下配置:

(1) TIM_Perscaler来设置预分频系数;

(2) TIM_ClockDivision来设置时钟分割;

(3) TIM_CounterMode来设置计数器模式;

(4) TIM_Period来设置自动装入的值

(5) TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct)

(6) TIM_ITConfig()来开启TIMx的中断

(7) TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState)

其中(1)-(4)步骤中的参数由TIM_TimerBaseInitTypeDef结构体给出。步骤(1)中的预分频系数用来确定TIMx所使用的时钟频率,具体计算方法为:CK_INT/(TIM_Perscaler+1)。CK_INT是内部时钟源的频率,是根据2.1中所描述的APB1的倍频器送出的时钟,TIM_Perscaler是用户设定的预分频系数,其值范围是从0 – 65535。

步骤(2)中的时钟分割定义的是在定时器时钟频率(CK_INT)与数字滤波器(ETR,TIx)使用的采样频率之间的分频比例。TIM_ClockDivision的参数如下表:

TIM_ClockDivision的参数.png

TIM_ClockDivision

数字滤波器(ETR,TIx)是为了将ETR进来的分频后的信号滤波,保证通过信号频率不超过某个限定。

ARM中,有的逻辑寄存器在物理上对应2个寄存器,一个是程序员可以写入或读出的寄存器,称为preload register(预装载寄存器),另一个是程序员看不见的、但在操作中真正起作用的寄存器,称为shadow register(影子寄存器);设计preload register和shadow register的好处是,所有真正需要起作用的寄存器(shadow register)可以在同一个时间(发生更新事件时)被更新为所对应的preload register的内容,这样可以保证多个通道的操作能够准确地同步。如果没有shadow register,或者preload register和shadow register是直通的,即软件更新preload register时,同时更新了shadow register,因为软件不可能在一个相同的时刻同时更新多个寄存器,结果造成多个通道的时序不能同步,如果再加上其它因素(例如中断),多个通道的时序关系有可能是不可预知的。

3. 程序源代码

本例实现的是通过TIM2的定时功能,使得LED灯按照1s的时间间隔来闪烁

#include "stm32f10x_lib.h"

void RCC_cfg();

void TIMER_cfg();

void NVIC_cfg();

void GPIO_cfg();

int main()

{

RCC_cfg();

NVIC_cfg();

GPIO_cfg();

TIMER_cfg();

//开启定时器2

TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);

while(1);

}

void RCC_cfg()

{

//SystemInt中已经定义位72MHz

//允许TIM2的时钟

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);

//允许GPIO的时钟

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

}

void TIMER_cfg()

{

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

//重新将Timer设置为缺省值

TIM_DeInit(TIM2);

//采用内部时钟给TIM2提供时钟源

TIM_InternalClockConfig(TIM2);

//预分频系数为36000-1,这样计数器时钟为72MHz/36000 = 2kHz

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 36000 - 1;

//设置时钟分割

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;

//设置计数器模式为向上计数模式

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;

//设置计数溢出大小,每计2000个数就产生一个更新事件

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 2000 - 1;

//将配置应用到TIM2中

TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStructure);

//清除溢出中断标志

TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);

//禁止ARR预装载缓冲器

TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, DISABLE);

//开启TIM2的中断

TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);

}

void NVIC_cfg()

{

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

//选择中断分组1

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

//选择TIM2的中断通道

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQChannel;

//抢占式中断优先级设置为0

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

//响应式中断优先级设置为0

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;

//使能中断

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

void GPIO_cfg()

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //选择引脚5

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //输出频率最大50MHz

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //带上拉电阻输出

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

}

在stm32f10x_it.c中,我们找到函数TIM2_IRQHandler(),并向其中添加代码

void TIM2_IRQHandler(void)

{

u8 ReadValue;

//检测是否发生溢出更新事件

if(TIM_GetITStatus(TIM2,

if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)

{

//清除TIM2的中断待处理位

TIM_ClearITPendingBit(TIM2 , TIM_FLAG_Update);

//将PB.5管脚输出数值写入ReadValue

ReadValue = GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_5);

if(ReadValue == 0)

{

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);

}

else

{

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);

}

}

}

STM32

STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex®-M0,M0+,M3, M4和M7内核(ST's product portfolio contains a comprehensive range of microcontrollers, from robust, low-cost 8-bit MCUs up to 32-bit ARM-based Cortex®-M0 and M0+, Cortex®-M3, Cortex®-M4 Flash microcontrollers with a great choice of peripherals. ST has also extended this range to include an ultra-low-power MCU platform)[1] 。按内核架构分为不同产品:

主流产品(STM32F0、STM32F1、STM32F3)、超低功耗产品(STM32L0、STM32L1、STM32L4、STM32L4+)、高性能产品(STM32F2、STM32F4、STM32F7、STM32H7)。






STM32.png




产品介绍

在STM32F105和STM32F107互连型系列微控制器之前,意法半导体已经推出STM32基本型系列、增强型系列、USB基本型系列、互补型系列;新系列产品沿用增强型系列的72MHz处理频率。内存包括64KB到256KB闪存和 20KB到64KB嵌入式SRAM。新系列采用LQFP64、LQFP100和LFBGA100三种封装,不同的封装保持引脚排列一致性,结合STM32平台的设计理念,开发人员通过选择产品可重新优化功能、存储器、性能和引脚数量,以最小的硬件变化来满足个性化的应用需求。

截至2010年7月1日,市面流通的型号有:

基本型:STM32F101R6、STM32F101C8、STM32F101R8、STM32F101V8、STM32F101RB、STM32F101VB

增强型:STM32F103C8、STM32F103R8、STM32F103V8、STM32F103RB、STM32F103VB、 STM32F103VE、STM32F103ZE

STM32型号的说明:以STM32F103RBT6这个型号的芯片为例,该型号的组成为7个部分,其命名规则如下:

1· STM32~ STM32代表ARM Cortex-M内核的32位微控制器。

2· F~ F代表芯片子系列。

3· 103~ 103代表增强型系列。

4· R~ R这一项代表引脚数,其中T代表36脚,C代表48脚,R代表64脚,V代表100脚,Z代表144脚,I代表176脚。

5· B~ B这一项代表内嵌Flash容量,其中6代表32K字节Flash,8代表64K字节Flash,B代表128K字节Flash,C代表256K字节Flash,D代表384K字节Flash,E代表512K字节Flash,G代表1M字节Flash。

6· T~ T这一项代表封装,其中H代表BGA封装,T代表LQFP封装,U代表VFQFPN封装。

7· 6~ 6这一项代表工作温度范围,其中6代表-40——85℃,7代表-40——105℃。

互联型

全新STM32互联型(Connectivity)系列微控制器增加一个全速USB(OTG)接口,使终端产品在连接另一个USB设备时既可以充当USB主机又可充当USB从机;还增加一个硬件支持IEEE1588精确时间协议(PTP)的以太网接口,用硬件实现这个协议可降低CPU开销,提高实时应用和联网设备同步通信的响应速度。

全新互联型系列还是STM32家族中首款集成两个CAN2.0B控制器的产品,让开发人员能够研制可连接两条工业标准CAN(控制器区域网)总线的网关设备。此外,新系列微控制器还支持以太网、USB OTG和CAN2.0B外设接口同时工作,因此,开发人员只需一颗芯片就能设计整合所有这些外设接口的网关设备。

STM32互联型系列产品强化了音频性能,采用一个先进的锁相环机制,实现音频级别的I2S通信。结合USB主机或从机功能,STM32可以从外部存储器(U盘或MP3播放器)读取、解码和输出音频信号。设计人员还可以在新系列微控制器上开发人机界面(HMI)功能,如播放和停止按键,以及显示器界面。这个功能使其可用于各种家庭音响设备,如音响底座系统、闹钟/音乐播放器和家庭影院。

新系列产品整合先进的面向连接的外设,标准的STM32外设(包括一个PWM定时器),高性能的32位ARM Cortex-M3 CPU,这些特性使开发人员可以在设备上(如家电、楼宇或工业自动化)整合多种功能,如马达控制、用户界面控制和设备互连功能。其它目标应用包括需要联网、数据记录或USB外设扩展功能的系统,如病患监视、销售终端机、自动售货机和保安系统。

包括新的互联型系列在内的STM32系列微控制器具有多种配套软件和开发工具,其中包括意法半导体免费提供的软件库以及第三方工具厂商的广泛支持。意法半导体还将推出一个新的评估板,目前正在向大客户提供STM32F105和STM32F107互联型系列的样片。

新系列

STM32互连型系列产品分为两个型号: STM32F105和STM32F107。STM32F105具有USB OTG 和CAN2.0B接口。STM32F107在USB OTG 和CAN2.0B接口基础上增加了以太网10/100 MAC模块 。片上集成的以太网MAC支持MII和RMII,因此,实现一个完整的以太网收发器只需一个外部PHY芯片。只使用一个25MHz晶振即可给整个微控制器提供时钟频率,包括以太网和USB OTG外设接口。微控制器还能产生一个25MHz或50MHz的时钟输出,驱动外部以太网PHY层芯片,从而为客户节省了一个附加晶振。

音频功能方面,新系列微控制器提供两个I2S音频接口,支持主机和从机两种模式,既用作输入又可用作输出,分辨率为16位或32位。音频采样频率从8kHz到96kHz。利用新系列微控制器强大的处理性能,开发人员可以用软件实现音频编解码器,从而消除了对外部组件的需求。

把U盘插入微控制器的USB OTG接口,可以现场升级软件;也可以通过以太网下载代码进行软件升级。这个功能可简化大型系统网络(如远程控制器或销售终端设备)的管理和维护工作。

架构优势

除新增的功能强化型外设接口外,STM32互连系列还提供与其它STM32微控制器相同的标准接口,这种外设共用性提升了整个产品家族的应用灵活性,使开发人员可以在多个设计中重复使用同一个软件。新STM32的标准外设包括10个定时器、两个12位1-Msample/s 模数转换器 (交错模式下2-Msample/s)、两个12位数模转换器、两个I2C接口、五个USART接口和三个SPI端口。新产品外设共有12条DMA通道,还有一个CRC计算单元,像其它STM32微控制器一样,支持96位唯一标识码。

新系列微控制器还沿续了STM32产品家族的低电压和节能两大优点。2.0V到3.6V的工作电压范围兼容主流的电池技术,如锂电池和镍氢电池,封装还设有一个电池工作模式专用引脚Vbat。以72MHz频率从闪存执行代码,仅消耗 27mA电流。低功耗模式共有四种,可将电流消耗降至两微安。从低功耗模式快速启动也同样节省电能;启动电路使用STM32内部生成的8MHz信号,将微控制器从停止模式唤醒用时小于6微秒。

低功耗性能

意法半导体的EnergyLite™超低功耗技术平台是STM32L取得业内领先的能效性能的关键。这个技术平台也被广泛用于意法半导体的8位微控制器STM8L系列产品。EnergyLite™超低功耗技术平台基于意法半导体独有的130nm制造工艺,为实现超低的泄漏电流特性,意法半导体对该平台进行了深度优化。在工作和睡眠模式下,EnergyLite™超低功耗技术平台可以最大限度提升能效。此外,该平台的内嵌闪存采用意法半导体独有的低功耗闪存技术。这个平台还集成了直接访存(DMA)支持功能,在应用系统运行过程中关闭闪存和CPU,外设仍然保持工作状态,从而可为开发人员节省大量的时间。

除最为突出的与制程有关的节能特色外,STM32L系列还提供更多其它的功能,开发人员能够优化应用设计的功耗特性。通过六个超低功耗模式,STM32L系列产品能够在任何设定时间以最低的功耗完成任务。这些可用模式包括:(在1.8V/25°C环境的初步数据)

· 10.4μA低功耗运行模式,32kHz运行频率

· 6.1 μA低功耗睡眠模式,一个计时器工作

· 1.3 μA 停机模式:实时时钟(RTC)运行,保存上下文,保留RAM内容

· 0.5 μA 停机模式:无实时时钟运行,保存上下文,保留RAM内容

· 1.0μA待机模式:实时时钟运行,保存后备寄存器

· 270nA待机模式:无实时时钟运行,保存后备寄存器

STM32L系列新增低功耗运行和低功耗睡眠两个低功耗模式,通过利用超低功耗的稳压器和振荡器,微控制器可大幅度降低在低频下的工作功耗。稳压器不依赖电源电压即可满足电流要求。STM32L还提供动态电压升降功能,这是一项成功应用多年的节能技术,可进一步降低芯片在中低频下运行时的内部工作电压。在正常运行模式下,闪存的电流消耗最低230μA/MHz,STM32L的功耗/性能比最低185μA/DMIPS。

此外,STM32L电路的设计目的是以低电压实现高性能,有效延长电池供电设备的充电间隔。片上模拟功能的最低工作电源电压为1.8V。数字功能的最低工作电源电压为1.65V,在电池电压降低时,可以延长电池供电设备的工作时间。

STM32 ARM Cortex 32位微控制器

The STM32 family of 32-bit Flash microcontrollers based on the Arm® Cortex®-M processor is designed to offer new degrees of freedom to MCU users. It offers products combining very high performance, real-time capabilities, digital signal processing, and low-power and low-voltage operation, and connectivity, while maintaining full integration and ease of development.





STM32 ARM Cortex 32位微控制器.png




The unparalleled and large range of STM32 devices, based on an industry-standard core and accompanied by a vast choice of tools and software, makes this family of products the ideal choice, both for small projects or an entire platforms.

STM32 celebrates 10 years of innovation

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责任编辑:Davia

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