TIM定时器
我们用去控制小风扇和舵机转起来!
up的视频讲解:
1 定时器 原理
1.1 定时器简介
定时器 即用来定时的器件，在STM32单片机定时器是一种外设。STM32F103C8T6总共有4个定时器，分别是
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1个
高级定时器（TIM1）- 挂载在 APB2总线上 -
3个
通用定时器（TIM2、TIM3、TIM4）- 挂载在 ABP1总线上
定时器主要有一下3大功能, 本教程都安排了对应的实验
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定时中断 用于麦克风 ADC采集实验
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PWM输出 用于电机, 舵机 PWM控制实验
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输入捕获 用于编码器 实验
我们需要掌握定时器的哪些知识呢?
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工作模式
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溢出模式：计数器计满最大值，清零并产生 中断/事件
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比较模式：计数器数值 = 预设比较值 时触发 中断/事件
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利用系SysTick(系统滴答定时器)，在主循环里轮询时间差，纯软件判断是否超时
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优点：不占用硬件外设、数量不限、配置简单
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缺点：依赖主循环，程序阻塞时计时不准
1.2 什么是PWM?
PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制），简单说就是用 “固定频率、可变占空比” 的方波
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CNT计数值随着时间的推进会不断经历从0到ARR，清零复位再到ARR的这一过程
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通过调节
ARR(Auto-Reload Register自动重装载寄存器)的值可以调节PWM的周期 -
调节
CCR(Capture/Compare Register捕获/比较寄存器)的值大小可以调节PWM占空比
1.2 计数模式 与 对齐模式
计数模式是 “计数器怎么数”，对齐模式是 “PWM 脉冲和周期起点的相对位置”，两者是因果关系
计数模式
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中央对齐模式：计数器从0开始计数到自动重装载值
ARR-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 -
向上计数模式：计数器从0计数到自动重装载值
ARR，然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件 -
向下计数模式：计数器从自动装入的值
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
对齐模式
对齐模式决定 PWM 脉冲的位置
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边沿对齐：PWM 脉冲的一个边沿（上升沿 / 下降沿）和周期起点（CNT=0 或 CNT=ARR）对齐
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中心对齐：PWM 脉冲以周期中点为中心，左右对称分布
1.4 定时器计算公式
- 定时器频率
定时器频率CK_CNT = 定时器输入时钟 / (PSC + 1)
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定时器输入时钟：APB1 或 APB2 时钟（常用72MHz）
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PSC：预分频器（0~65535）
- 定时周期
定时周期 = (PSC + 1) * (ARR + 1) / 定时器输入时钟
- ARR：自动重装载值
- PWM 频率
PWM频率 = 定时器频率CK_CNT / (ARR + 1)
PWM频率 = 定时器输入时钟 / [(PSC + 1) * (ARR + 1)]
- PWM 占空比
占空比 = CRR / (ARR + 1)
中心对齐时，周期会变长一倍
2 高级定时器
高级定时器是最复杂的, 通用定时器和基本定时器都是对它功能的裁剪,我们可以把它分为四个部分来看
2.1 时钟来源
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内部时钟（
CK_INT）：由 RCC 外设提供, 所有定时 / PWM 功能默认都用它。 -
外部触发时钟（
ETR）: 把外部 ETR 引脚的脉冲作为时钟源 -
内部互联触发（
ITR0~ITR3）:来自其他定时器（比如 TIM2、TIM3 等）的内部触发信号, 实现定时器级联， -
编码器接口时钟(
TI1FP1/TI2FP2): 直接支持正交编码器输入，把编码器的 A/B 相脉冲转换成计数时钟，实现电机位置 / 速度测量 -
同步输出（
TRGO）把定时器的溢出 / 比较事件同步触发给外设
2.2 时基单元
这是定时器的 “心脏”，决定了定时周期、溢出频率，是所有功能的基础
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PSC预分频器: 间的任意值进行分频，可在运行时改变其设置值 -
CNT计数器: 核心计数寄存器，按 CK_CNT 脉冲计数 支持向上 / 向下 / 中央对齐计数 -
ARR自动重装载寄存器: 设定计数上限，CNT 计数到 ARR 时触发更新事件 决定定时周期的核心参数 -
REP重复计数器（高级定时器特有）: 设置 “每溢出 N 次才触发一次更新”，减少中断频率 -
计数模式:
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向上计数：CNT 从 0 递增到 ARR，溢出后归零
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向下计数：CNT 从 ARR 递减到 0，下溢后回到 ARR
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中央对齐模式：CNT 从 0 递增到 ARR，再递减到 0
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2.3 定时器输入
这部分是 “输入捕获” 通道，用于测量外部信号的频率、脉宽、周期等参数, 信号处理流程:
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外部信号从
TIMx_CH引脚进入 -
滤波与边沿检测, 生成
TI1FP信号 -
经过
Prescaler分频，降低捕获触发频率； -
硬件自动将当前CNT的值锁存到
Capture/Compare Register
2.4 定时器输出
高级定时器的输出，核心是基于计数器 CNT 和捕获 / 比较寄存器 CCRx 的比较结果，来控制引脚电平
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当计数器 CNT 的值，和 CCRx 寄存器的值匹配时
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硬件会自动改变输出状态，从而生成 PWM 脉冲、定时信号等
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DTG死区时间(高级定时器特有): 就是互补信号切换时，插入的一小段 “上下管都关断” 的时间，防止电源直通烧毁 MOS 管 -
BRK刹车保护(高级定时器特有): 是一个硬件引脚，当外部故障（过流、过温）触发时，会瞬间强制关闭所有 PWM 输出，把驱动管拉到安全电平
3 通用定时器
通用定时器和高级定时器只是缺少了一些部件, 整体框架结构都相同
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REP重复计数器（高级定时器特有）: 设置 “每溢出 N 次才触发一次更新”，减少中断频率 -
DTG死区时间(高级定时器特有): 就是互补信号切换时，插入的一小段 “上下管都关断” 的时间，防止电源直通烧毁 MOS 管 -
BRK刹车保护(高级定时器特有): 是一个硬件引脚，当外部故障（过流、过温）触发时，会瞬间强制关闭所有 PWM 输出，把驱动管拉到安全电平
4 基本定时器
(F103C8T6型号没有)基本定时器就简单很多, 相当于将高级定时器裁剪到只留下 时钟来源 + 时基单元
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使能后，CNT从 0 开始，按CK_CNT脉冲递增计数
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当CNT的值等于ARR的值时，触发更新事件
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CNT自动清零，重新开始计数
5 定时器相关外设
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实时时钟（RTC）: 独立于主系统时钟的低功耗计数器，通常由 32.768kHz 晶振（LSE） 或内部低速 RC（LSI）驱动
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独立看门狗（IWDG）: 由独立低速 RC 时钟（LSI， 40kHz）驱动的递减计数器，一旦启动就无法关闭。程序必须在规定时间内定期 “喂狗”（重置计数器），否则计数器归零后触发系统复位。
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窗口看门狗（WWDG）: 由 APB1 时钟驱动，有一个 “喂狗窗口”—— 程序必须在计数器递减到指定上界和下界之间喂狗，提前或超时喂狗都会触发复位。