STM32定時器的分類及中斷原理

本文主要介紹常規(guī)定時器中的TIM3，實現(xiàn)定時器中斷的功能。STM32定時器的分類在其中一篇文章中已經(jīng)介紹過，本文主要內容主要介紹定時器的基礎功能-定時器中斷，對于STM32定時器分類簡單復習一下。

一、STM32定時器的分類

1.1 按照內核、外核、特定、常規(guī)分為4大類：

1）內核定時器：Systick

2）外設定時器：特定應用定時器+常規(guī)定時器

3）特定應用定時器：LPTIM,RTC,WTD,HRTIM

4）常規(guī)定時器：基本定時器TIM6&TIM7）、通用定時器（TIM2TIM5，TIM9TIM14）、高級定時器（TIM1&TIM8）

1.2 CPU時序

此處我們提一下學習單片機原理的課程時，提到的幾個CPU時序。

振蕩周期：為單片機提供定時信號的振蕩源的周期。

狀態(tài)周期：1個狀態(tài)周期=2個振蕩周期

機器周期：1個機器周期=6個狀態(tài)周期=12個振蕩周期

指令周期：完成1條指令所占用的全部時間，以機器周期為單位。

以12MHz外接晶振為例

振蕩周期=1/12us，相當于1/12*10^6，所以單位為us;

狀態(tài)周期=1/6us

機器周期=1us

指令周期=1~4us

STM32共有14組常規(guī)定時器，其實也可以稱為計數(shù)器，定時器/計數(shù)器的工作過程是自動完成的，不需要CPU的參與，互相獨立，執(zhí)行不同的任務，可以增加單片機的效率。

二、定時器中斷原理

2.1 何為定時器中斷：定時器中斷是由單片機中的定時器溢出而申請的中斷。

提到中斷，必須滿足幾個要素： 中斷源， 中斷請求 ， 中斷優(yōu)先級。 使CPU發(fā)生中斷的事件稱為中斷源，中斷源向CPU發(fā)出中斷請求，CPU暫時中斷原來執(zhí)行的事件A轉去執(zhí)行事件B，事件B處理完成后繼續(xù)返回原先中斷的位置（該過程稱為中斷返回，原先中斷的地方稱為斷點），繼續(xù)執(zhí)行原先的事件。

2.2 中斷流程可以用下圖表示：

2.3 中斷優(yōu)先級

在這篇文章里，介紹了STM32中的 中斷優(yōu)先級分組、中斷優(yōu)先級（搶占優(yōu)先級&響應優(yōu)先級）、嵌套向量中斷控制器NVIC等概念，那么我們定時器中斷也必須滿足這個規(guī)則---定時器中斷也要用NVIC來設置其中斷組別、搶占優(yōu)先級、響應優(yōu)先級。

STM32中斷分組有5種

#define NVIC_PriorityGroup_0 ((uint32_t)0x700)

/*!< 0 bits for pre-emption priority 4 bits for subpriority */

#define NVIC_PriorityGroup_1 ((uint32_t)0x600)

/*!< 1 bits for pre-emption priority 3 bits for subpriority */

#define NVIC_PriorityGroup_2 ((uint32_t)0x500)

/*!< 2 bits for pre-emption priority 2 bits for subpriority */

#define NVIC_PriorityGroup_3 ((uint32_t)0x400)

/*!< 3 bits for pre-emption priority1 bits for subpriority */

#define NVIC_PriorityGroup_4 ((uint32_t)0x300)

/*!< 4 bits for pre-emption priority 0 bits for subpriority */

在函數(shù)中要調用

void MY_NVIC_Init(u8 NVIC_PreemptionPriority,u8 NVIC_SubPriority,u8 NVIC_Channel,u8 NVIC_Group)

實現(xiàn)對某一個中斷的中斷分組和優(yōu)先級配置。

與定時器配置緊密相關的就是自動重裝載計數(shù)器(CNT)和預分頻器（PSC）,初始化定時器就是對定時器的CNT、PSC進行設置。下面介紹一下與本文密切相關的幾個通用定時器的寄存器

三、定時器相關寄存器及中斷編程

3.1****定時器相關寄存器

3.1.1 控制寄存器TIMx_CR1

位0 CEN：計數(shù)器使能，0：禁止計數(shù)器，1，使能計數(shù)器

注意：只有事先通過軟件將CEN位置去，才可以使用外部時鐘、門控模式、編碼器模式，而觸發(fā)模式可以通過硬件自動將CEN置1；在單脈沖模式下，當發(fā)生更新事件時會自動將CEN位清零。

本實驗中，我們只用到了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)。

3.1.2 DMA中斷使能寄存器 TIMx_DIER

位0 UIE：更新中斷使能，0：禁止更新中斷，1：使能更新中斷

TIMx_DIER是一個16bit的寄存器，對于要實現(xiàn)的中斷試驗，我們僅關心第0bit，因為定時器中斷實驗要用到定時器的更新中斷，所以將該位置為1，表示允許更新時間所產生的中斷。

3.1.3預分頻寄存器TIMx_PSC

位0:15 PSC:預分頻器值。(范圍是0~65535)

表示計數(shù)器時鐘頻率CK_INT 等于Fck_psc/(PSC[15:0]+1).PSC包含在每次發(fā)生更新事件時要裝載到實際預分頻器寄存器的值。（84MHz的CK_INT，那計數(shù)器的時鐘頻率為84/(PSC[15:0]+1）MHz，計數(shù)器時鐘的取值范圍為（0.00128~84）MHz，那么計數(shù)器時鐘周期為0.012us(84MHz)~781us(0.001MHz);

這個地方要注意：預分頻值=實際分頻值-1，如果要設定實際分頻值為8400（定時器的工作頻率為10kHz），那我們設定預分頻值為8399

也再復習一下定時器的時鐘知識：

1.STM32總的有3種時鐘源，分為 內部時鐘、外部時鐘、鎖相環(huán)倍頻輸出時鐘，包含LSI,LSE,HSI,HSE等；

2.系統(tǒng)時鐘為168MHz，其他時鐘都是通過分頻(系統(tǒng)時鐘除以一個分頻系數(shù))給系統(tǒng)的各板塊使用；

3.看下圖三個紅色框的部分，系統(tǒng)時鐘(以F407系列為例)是168MHZ，通過設置不同的分頻值給AHB總線，看第一個紅框，可以設置為1.2...512，然后AHB總線再分頻給APB分線，看第二個紅框，再次分頻的值可以為1.2.4.8.16,上面的是直接分頻過后給APBx外設時鐘使用，我們重點看第二根線，注意第三個紅框，如果APBx的分頻值設置為1，那么APBx的定時器時鐘的時鐘頻率設置為與APB一樣,如果是其他的數(shù)字，那么設置為APB的時鐘頻率的兩倍。通過查手冊知道兩個基本定時器的時鐘頻率都歸屬于APB線上的，且APB1和APB2的分頻系數(shù)都不為1（可以通過中找到配置），因此基本定時器的時鐘頻率已經(jīng)確定。

看下面這張圖，在文件system.stm324fxx.c中可以找到，

第一行表示系統(tǒng)時鐘來源是HSE，之前提過，它是高速外部時鐘，由外部晶振產生，第二三行表示系統(tǒng)時鐘設置為168MHZ（由外部時鐘HSE倍頻實現(xiàn)，具體這里不深究），第四五六行，分別表示AHB，APB1,APB2的分頻系數(shù)，即分別設置為168MHZ,42MHZ,84MHZ。

注意，如前所述APB1的分頻值為4，不為1，故其包含的基本定時器模塊的時鐘頻率需乘2，即42×2為84MHZ。由此我們得知基本定時器的時鐘源為84MHZ。

1）內部時鐘(CK_INT)

2）外部時鐘模式1：外部輸入引腳(TIx)

3）外部時鐘模式2:外部觸發(fā)輸入（ETR)用于TIM2.TIM3.TIM4

4）內部觸發(fā)輸入(ITRx)，使用定時器A作為B定時器的預分頻(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，CK_INT時鐘是從APB1倍頻來的，除非APB1的時鐘分頻數(shù)設置為1，否則通用定時器TIMx的時鐘是APB1時鐘的2倍，當APB1時鐘不分頻時，通用定時器的時鐘就等于APB1的時鐘，這里還要注意的就是高級定時器以及TIM9~TIM11的時鐘是來自APB2。

3.1.4 TIMx_CNT計數(shù)器

位15:0 CNT[15:0]:計數(shù)器值，該寄存器存儲了當前寄存器的計數(shù)值。范圍為065535，可以計時的范圍是051s(假定是分頻PSC設為65535，計數(shù)器時鐘頻率是84/65536MHz，每個時鐘脈沖周期為781us)

3.1.5自動重載寄存器（TIMx_ARR）

位15:0 ARR[15:0]:自動重載值。

ARR是要裝載到實際自動重載寄存器的值。需要注意，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配置的，另外一個是程序員看不到的，這個看不到的寄存器叫影子寄存器，在《STM32F4xx中文參考手冊》里面有提到，事實上真正起作用的是影子寄存器，根據(jù)TIMx_CR1寄存器中的APRE位的設置：APRE=0，預裝載寄存器的內容可以隨時傳送到影子寄存器，此時兩者是連通的；而APRE=1時，每一次更新事件（UEV）時，才能把預裝載寄存器ARR的內容傳送到影子寄存器。

3.1.6狀態(tài)寄存器（TIMx_SR）

位0 UIF:更新中斷標志。

• 該位在發(fā)生更新事件時通過硬件置1，但需要通過軟件清零。0：未發(fā)生更新，1：更新中斷掛起
• 上溢或者下溢（對于TIM2~TIM5）以及當TIMx_CR1寄存器UDIS=0時，
• TIMx_CR1中的寄存器中的URS=0且UDIS=0，并且由軟件使用TIMx_EGR寄存器中的UG位重新初始化CNT時。TIMx_CR1寄存器中的URS=0&UDIS=0,并且由CNT由觸發(fā)事件重新初始化。

3.2定時器中斷編程

3.2.1編程步驟

1）TIM3時鐘使能，通過APB1ENR的第1位來設置TIM3的時鐘，APB1的分頻系數(shù)是4，那么APB1為168/4=42MHz，TIM3時鐘是APB1時鐘的2倍，等于84MHz.

2)設置TIM3_ARR和TIM3_PSC的值，通過這兩個寄存器，設置自動重裝值和分頻系數(shù)，這兩個參數(shù)加上時鐘頻率決定了定時器的溢出事件。

3）設置TIM3_DIER允許更新中斷。因為我們要使用TIM3的更新中斷，所以設置DIER的UIE位為1，使能更新中斷

4）允許TIM3工作。設置好定時器參數(shù)后，還需要開啟定時器，通過TIM3_CR1的CEN位來設置

5）TIM3中斷分組設置。配置完定時器后，因為要產生中斷，必須要設置NVIC相關寄存器，以使能TIM3中斷。

6）編寫中斷服務函數(shù)。在中斷產生后，通過狀態(tài)寄存器的值來判斷此次產生的中斷屬于什么類型，然后執(zhí)行相關的操作，這里采用的是更新(溢出)中斷，所以要關注狀態(tài)寄存器的SR的最低位，在處理完成之后，將TIM3_SR的最低位寫0，來清除該中斷標志。

以下是定時器3的中斷測試代碼

//通用定時器3中斷初始化
//時鐘選擇為APB1的2倍，APB1=42MHz
//arr:自動重載值
//psc:時鐘預分頻數(shù)
//定時器溢出時間：Tout=((arr+1)*(psc+1))/ft
//ft=定時器的工作頻率，MHz
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
RCC->APB1ENR|=1<<1;//TIM3時鐘使能    
 TIM3->ARR=arr;  //設定計數(shù)器自動重裝值 
TIM3->PSC=psc;  //預分頻器  
TIM3->DIER|=1<<0;   //允許更新中斷  
TIM3->CR1|=0x01;    //使能定時器3
MY_NVIC_Init(1,3,TIM3_IRQn,2);//搶占1，子優(yōu)先級3，組2 }

//定時器3中斷服務程序   
void TIM3_IRQHandler(void)
{                         
  if(TIM3->SR&0X0001)//溢出中斷
  {
    LED1=!LED1;                                          
  }           
  TIM3->SR&=~(1<<0);//清除中斷標志位       
}