基于STM32F103系列單片機(jī)的11個(gè)定時(shí)器解析

STM32F103系列的單片機(jī)一共有11個(gè)定時(shí)器，其中：

2個(gè)高級(jí)定時(shí)器

4個(gè)普通定時(shí)器

2個(gè)基本定時(shí)器

2個(gè)看門狗定時(shí)器

1個(gè)系統(tǒng)嘀嗒定時(shí)器

除去看門狗定時(shí)器和系統(tǒng)滴答定時(shí)器的八個(gè)定時(shí)器列表;

8個(gè)定時(shí)器分成3個(gè)組；

TIM1和TIM8是高級(jí)定時(shí)器

TIM2-TIM5是通用定時(shí)器

TIM6和TIM7是基本的定時(shí)器

這8個(gè)定時(shí)器都是16位的，它們的計(jì)數(shù)器的類型除了基本定時(shí)器TIM6和TIM7都支持向上，向下，向上/向下這3種計(jì)數(shù)模式

計(jì)數(shù)器三種計(jì)數(shù)模式

向上計(jì)數(shù)模式：從0開(kāi)始，計(jì)到arr預(yù)設(shè)值，產(chǎn)生溢出事件，返回重新計(jì)時(shí)

向下計(jì)數(shù)模式：從arr預(yù)設(shè)值開(kāi)始，計(jì)到0，產(chǎn)生溢出事件，返回重新計(jì)時(shí)

中央對(duì)齊模式：從0開(kāi)始向上計(jì)數(shù)，計(jì)到arr產(chǎn)生溢出事件，然后向下計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)到1以后，又產(chǎn)生溢出，然后再?gòu)?開(kāi)始向上計(jì)數(shù)。（此種技術(shù)方法也可叫向上/向下計(jì)數(shù)）

基本定時(shí)器（TIM6，TIM7）的主要功能：

只有最基本的定時(shí)功能，?；径〞r(shí)器TIM6和TIM7各包含一個(gè)16位自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器，由各自的可編程預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)

通用定時(shí)器（TIM2~TIM5）的主要功能：

除了基本的定時(shí)器的功能外，還具有測(cè)量輸入信號(hào)的脈沖長(zhǎng)度（ 輸入捕獲） 或者產(chǎn)生輸出波形（ 輸出比較和PWM）

高級(jí)定時(shí)器（TIM1，TIM8）的主要功能：

高級(jí)定時(shí)器不但具有基本，通用定時(shí)器的所有的功能，還具有控制交直流電動(dòng)機(jī)所有的功能，你比如它可以輸出6路互補(bǔ)帶死區(qū)的信號(hào)，剎車功能等等

通用定時(shí)器的時(shí)鐘來(lái)源;

a：內(nèi)部時(shí)鐘（CK_INT）

b：外部時(shí)鐘模式1：外部輸入腳（TIx）

c：外部時(shí)鐘模式2：外部觸發(fā)輸入（ETR）

d：內(nèi)部觸發(fā)輸入（ITRx）：使用一個(gè)定時(shí)器作為另一個(gè)定時(shí)器的預(yù)分頻器

通用定時(shí)期內(nèi)部時(shí)鐘的產(chǎn)生：

從截圖可以看到通用定時(shí)器（TIM2-7）的時(shí)鐘不是直接來(lái)自APB1，而是通過(guò)APB1的預(yù)分頻器以后才到達(dá)定時(shí)器模塊。

當(dāng)APB1的預(yù)分頻器系數(shù)為1時(shí)，這個(gè)倍頻器就不起作用了，定時(shí)器的時(shí)鐘頻率等于APB1的頻率；

當(dāng)APB1的預(yù)分頻系數(shù)為其它數(shù)值（即預(yù)分頻系數(shù)為2、4、8或16）時(shí)，這個(gè)倍頻器起作用，定時(shí)器的時(shí)鐘頻率等于APB1時(shí)鐘頻率的兩倍。

自動(dòng)裝在寄存器arr值的計(jì)算：

Tout= （（arr+1）*（psc+1））/Tclk；

Tclk：TIM3的輸入時(shí)鐘頻率（單位為Mhz）。

Tout：TIM3溢出時(shí)間（單位為us）。

計(jì)時(shí)1S，輸入時(shí)鐘頻率為72MHz，加入PSC預(yù)分頻器的值為35999，那么：

（（1+psc ）/72M）*（1+arr ）=（（1+35999）/72M）*（1+arr）=1秒

則可計(jì)算得出自動(dòng)窗裝載寄存器arr=1999

通用定時(shí)器PWM工作原理

以PWM模式2，定時(shí)器3向上計(jì)數(shù)，有效電平是高電平，定時(shí)器3的第3個(gè)PWM通道為例：

定時(shí)器3的第3個(gè)PWM通道對(duì)應(yīng)是PB0這引腳，三角頂點(diǎn)的值就是TIM3_ARR寄存器的值，上圖這條紅線的值就TIM3_CCR3

當(dāng)定時(shí)器3的計(jì)數(shù)器（TIM3_CNT）剛開(kāi)始計(jì)數(shù)的時(shí)候是小于捕獲/比較寄存器（TIM3_CCR3）的值，

此時(shí)PB0輸出低電平，隨著計(jì)數(shù)器（TIM3_CNT）值慢慢的增加，

當(dāng)計(jì)數(shù)器（TIM3_CNT）大于捕獲/比較寄存器（TIM3_CCR3）的值時(shí)，這時(shí)PB0電平就會(huì)翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，計(jì)數(shù)器（TIM3_CNT）的值繼續(xù)增加，

當(dāng)TIM3_CNT=TIM3_ARR的值時(shí)，TIM3_CNT重新回到0繼續(xù)計(jì)數(shù)，PB0電平翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，此時(shí)一個(gè)完整的PWM信號(hào)就誕生了。

PWM輸出模式;

STM32的PWM輸出有兩種模式：

模式1和模式2，由TIMx_CCMRx寄存器中的OCxM位確定的（“110”為模式1，“111”為模式2）。區(qū)別如下：

110：PWM模式1，在向上計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT

在向下計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT》TIMx_CCR1時(shí)通道1為無(wú)效電平（OC1REF=0），否則為有效電平（OC1REF=1）。

111：PWM模式2－在向上計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNTTIMx_CCR1時(shí)通道1為有效電平，否則為無(wú)效電平。

由以上可知：

模式1和模式2正好互補(bǔ)，互為相反，所以在運(yùn)用起來(lái)差別也并不太大。而從計(jì)數(shù)模式上來(lái)看，PWM也和TIMx在作定時(shí)器時(shí)一樣，也有向上計(jì)數(shù)模式、向下計(jì)數(shù)模式和中心對(duì)齊模式

PWM的輸出管腳：

不同的TIMx輸出的引腳是不同（此處設(shè)計(jì)管腳重映射）

TIM3復(fù)用功能重映射：

注：重映射是為了PCB的設(shè)計(jì)方便。值得一提的是，其分為部分映射和全部映射

PWM輸出頻率的計(jì)算：

PWM輸出的是一個(gè)方波信號(hào)，信號(hào)的頻率是由TIMx的時(shí)鐘頻率和TIMx_ARR這個(gè)寄存器所決定的

輸出信號(hào)的占空比則是由TIMx_CRRx寄存器確：

占空比=（TIMx_CRRx/TIMx_ARR）*100%

PWM頻率的計(jì)算公式為：

其中

F就是PWM輸出的頻率，單位是：HZ;

ARR就是自動(dòng)重裝載寄存器（TIMx_ARR）;

PSC 就是預(yù)分頻器（TIMx_PSC）；

72M就是系統(tǒng)的頻率；

STM32 高級(jí)定時(shí)器PWM的輸出

一路帶死區(qū)時(shí)間的互補(bǔ)PWM的波形圖

STM32F103VC這款單片機(jī)一共有2個(gè)高級(jí)定時(shí)器TIM1和TIM8

這2個(gè)高級(jí)定時(shí)器都可以同時(shí)產(chǎn)生3路互補(bǔ)帶死區(qū)時(shí)間的PWM信號(hào)和一路單獨(dú)的PWM信號(hào)，

具有剎車輸入功能，在緊急的情況下這個(gè)剎車功能可以切斷PWM信號(hào)的輸出

還具有支持針對(duì)定位的增量（正交）編碼器和霍爾傳感器電路

高級(jí)控制定時(shí)器（TIM1 和TIM8） 由一個(gè)16位的自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器組成，它由一個(gè)可編程的預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)

它適合多種用途，包含測(cè)量輸入信號(hào)的脈沖寬度（ 輸入捕獲） ，或者產(chǎn)生輸出波形（輸出比較、PWM、嵌入死區(qū)時(shí)間的互補(bǔ)PWM等）。

使用定時(shí)器預(yù)分頻器和RCC時(shí)鐘控制預(yù)分頻器，可以實(shí)現(xiàn)脈沖寬度和波形周期從幾個(gè)微秒到幾個(gè)毫秒的調(diào)節(jié)。

高級(jí)控制定時(shí)器（TIM1 和TIM8） 和通用定時(shí)器（TIMx） 是完全獨(dú)立的，它們不共享任何資源死區(qū)時(shí)間

H橋電路為避免由于關(guān)斷延遲效應(yīng)造成上下橋臂直通，有必要設(shè)置死區(qū)時(shí)間死區(qū)時(shí)間可有效地避免延遲效應(yīng)所造成的一個(gè)橋臂未完全關(guān)斷，而另一橋臂又處于導(dǎo)通狀態(tài)，避免直通炸開(kāi)關(guān)管。

死區(qū)時(shí)間越大，電路的工作也就越可靠，但會(huì)帶來(lái)輸出波形的失真以及降低輸出效率。死區(qū)時(shí)間小，輸出波形要好一些，但是會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性，一般這個(gè)死區(qū)時(shí)間設(shè)置為us級(jí)元器件死區(qū)時(shí)間是不可以改變的，它主要是取決于元器件的制作工藝和材料！

原則上死區(qū)時(shí)間當(dāng)然越小越好。設(shè)置死區(qū)時(shí)間的目的，其實(shí)說(shuō)白了就是為了電路的安全。最佳的設(shè)置方法是：在保證安全的前提下，設(shè)置的死區(qū)時(shí)間越小越好。以不炸功率管、輸出不短路為目的。

STM32死區(qū)時(shí)間探究設(shè)置寄存器：就是剎車和死區(qū)控制寄存器（TIMx_BDTR）

這個(gè)寄存器的第0—7位，這8個(gè)位就是用來(lái)設(shè)置死區(qū)時(shí)間的，使用如下：

以TIM1為例說(shuō)明其頻率是如何產(chǎn)生的。

定時(shí)器1適中產(chǎn)生路線：

系統(tǒng)時(shí)鐘-》 AHB預(yù)分頻 -》 APB2預(yù)分頻 –》 TIM1倍頻器–》 產(chǎn)生TIM1的時(shí)鐘系統(tǒng)流程圖看可以看出，要想知道TIM1的時(shí)鐘，就的知道系統(tǒng)時(shí)鐘，AHB預(yù)分頻器的值，還有APB2預(yù)分頻器的值，只要知道了這幾個(gè)值，即可算出TIM1的時(shí)鐘頻率？

這些值從何來(lái)，在“SystemInit（）”這個(gè)時(shí)鐘的初始化函數(shù)中已經(jīng)給我們答案了，在這個(gè)函數(shù)中設(shè)置的系統(tǒng)時(shí)鐘是72MZ，AHB預(yù)分頻器和APB2預(yù)分頻器值都是設(shè)置為1，由此可算出：TIM1時(shí)鐘頻率：72MHZ了，TDTS=1/72MHZ=13.89nsTdtg死區(qū)時(shí)間步進(jìn)值，它的值是定時(shí)器的周期乘以相應(yīng)的數(shù)字得到的

下面看看官方給的公式如何使用，如下：DTG［7:5］=0xx=》DT=DTG［6:0］×Tdtg，Tdtg=TDTS

首先由DTG［7:5］=0xx可以知道的是：DTG的第7位必須為0，剩余的0~6這7位可配置死區(qū)時(shí)間，假如TIM1的時(shí)鐘為72M的話，那么由公式Tdtg=TDTS可計(jì)算出：TDTS=1/72MHZ=13.89ns。

有了這個(gè)值，然后通過(guò)公式DT=DTG［6:0］×Tdtg即可計(jì)算出DT的值。

如果DTG的第0~6位均為0的話，DT=0

如果DTG的第0~6位均為1的話，DT=127*13.89ns=1764ns

如果TIM1的時(shí)鐘為72M的話，公式1可設(shè)置的死區(qū)時(shí)間0~1764ns，也就是說(shuō)：如果你的項(xiàng)目需要輸出的PWM信號(hào)要求的死區(qū)時(shí)間是0——1764ns的時(shí)候你就可以用公式1同樣可計(jì)算出4個(gè)公式的死去區(qū)間，如下：

公式1：DT=0~1764ns

公式2：DT=1777.9ns~3528.88ns

公式3：DT=3555.84ns~7000.56ns

公式4：DT=7111.68ns~14001.12ns

死區(qū)時(shí)間的設(shè)置：

假如我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)項(xiàng)目要求輸出的PWM信號(hào)中加入一個(gè)3us的死區(qū)時(shí)間因?yàn)?us這個(gè)值在第二個(gè)公式?jīng)Q定的死區(qū)范圍之內(nèi)所以選擇第二個(gè)公式。3000/（13.89*2）=108，所以DTG［5:0］=108-64=44所以DTG=127+44+32=203=0XCB，TIM1-》BDTR“=0Xcb

這里為什么要在加上一個(gè)32那？在公式2中DTG的第5位是一個(gè)X，也就是說(shuō)這一位可以設(shè)置為高電平，也可以設(shè)置為低電平，在這里我們將這一位設(shè)置為了高電平，所有要在加上一個(gè)32.如此而已！