定時(shí)器中斷


STM32 的定時(shí)器功能十分強(qiáng)大，有 TIME1 和 TIME8 等高級(jí)定時(shí)器，也有 TIME2~TIME5 等通用定時(shí)器，還有 TIME6 和TIME7 等基本定時(shí)器。在本章中，我們將利用 TIM3 的定時(shí)器中斷來控制 DS1 的翻轉(zhuǎn)，在主函數(shù)用 DS0 的翻轉(zhuǎn)來提示程序正在運(yùn)行。選擇難度適中的通用定時(shí)器來介紹。


1、 STM32 通用定時(shí)器簡介


STM32 的通用定時(shí)器是一個(gè)通過可編程預(yù)分頻器（PSC）驅(qū)動(dòng)的 16 位自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器（CNT）構(gòu)成。STM32 的通用定時(shí)器可以被用于：測(cè)量輸入信號(hào)的脈沖長度(輸入捕獲)或者產(chǎn)生輸出波形(輸出比較和 PWM)等。STM32 的每個(gè)通用定時(shí)器都是完全獨(dú)立的，沒有互相共享的任何資源。


STM32 的通用定時(shí)器 TIMx (TIM2、TIM3、TIM4 和 TIM5) 功能包括：


1)16 位向上、向下、向上/向下自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器（TIMx_CNT）。


2)16 位可編程(可以實(shí)時(shí)修改)預(yù)分頻器(TIMx_PSC)，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的分頻系數(shù)為 1～65535 之間的任意數(shù)值。


3）4 個(gè)獨(dú)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(duì)齊模式)


D．單脈沖模式輸出


4）可使用外部信號(hào)（TIMx_ETR）控制定時(shí)器和定時(shí)器互連（可以用 1 個(gè)定時(shí)器控制另外一個(gè)定時(shí)器）的同步電路。


5）如下事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生中斷/DMA：


A．更新：計(jì)數(shù)器向上溢出/向下溢出，計(jì)數(shù)器初始化(通過軟件或者內(nèi)部/外部觸發(fā))


B．觸發(fā)事件(計(jì)數(shù)器啟動(dòng)、停止、初始化或者由內(nèi)部/外部觸發(fā)計(jì)數(shù))


C．輸入捕獲


D．輸出比較


E．支持針對(duì)定位的增量(正交)編碼器和霍爾傳感器電路


F．觸發(fā)輸入作為外部時(shí)鐘或者按周期的電流管理


2、通用定時(shí)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(shí)鐘分頻因子(Clock division)


定義在定時(shí)器時(shí)鐘(CK_INT)頻率與數(shù)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(dòng)重裝載預(yù)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(duì)齊模式(Center-aligned mode selection)


00：邊沿對(duì)齊模式。計(jì)數(shù)器依據(jù)方向位(DIR)向上或向下計(jì)數(shù)。


01：中央對(duì)齊模式1。計(jì)數(shù)器交替地向上和向下計(jì)數(shù)。配置為輸出的通道(TIMx_CCMRx寄存器中CCxS=00)的輸出比較中斷標(biāo)志位，只在計(jì)數(shù)器向下計(jì)數(shù)時(shí)被設(shè)置。


10：中央對(duì)齊模式2。計(jì)數(shù)器交替地向上和向下計(jì)數(shù)。配置為輸出的通道(TIMx_CCMRx寄存器中CCxS=00)的輸出比較中斷標(biāo)志位，只在計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)時(shí)被設(shè)置。


11：中央對(duì)齊模式3。計(jì)數(shù)器交替地向上和向下計(jì)數(shù)。配置為輸出的通道(TIMx_CCMRx寄存器中CCxS=00)的輸出比較中斷標(biāo)志位，在計(jì)數(shù)器向上和向下計(jì)數(shù)時(shí)均被設(shè)置。


注：在計(jì)數(shù)器開啟時(shí)(CEN=1)，不允許從邊沿對(duì)齊模式轉(zhuǎn)換到中央對(duì)齊模式。


位4 　　　　 DIR：方向(Direction)


0：計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)；


1：計(jì)數(shù)器向下計(jì)數(shù)。


注：當(dāng)計(jì)數(shù)器配置為中央對(duì)齊模式或編碼器模式時(shí)，該位為只讀。


位3 　　　　OPM：單脈沖模式(One pulse mode)


0：在發(fā)生更新事件時(shí)，計(jì)數(shù)器不停止；


1：在發(fā)生下一次更新事件(清除CEN位)時(shí)，計(jì)數(shù)器停止。


位2 　　　　URS：更新請(qǐng)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(qǐng)求，則下述任一事件產(chǎn)生更新中斷或DMA請(qǐng)求：


? 計(jì)數(shù)器溢出/下溢


? 設(shè)置UG位


? 從模式控制器產(chǎn)生的更新


1：如果使能了更新中斷或DMA請(qǐng)求，則只有計(jì)數(shù)器溢出/下溢才產(chǎn)生更新中斷或DMA請(qǐng)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(chǎn)生


0：允許UEV。更新(UEV)事件由下述任一事件產(chǎn)生：


? 計(jì)數(shù)器溢出/下溢


? 設(shè)置UG位


? 從模式控制器產(chǎn)生的更新


具有緩存的寄存器被裝入它們的預(yù)裝載值。(譯注：更新影子寄存器)


1：禁止UEV。不產(chǎn)生更新事件，影子寄存器(ARR、PSC、CCRx)保持它們的值。如果設(shè)置了UG位或從模式控制器發(fā)出了一個(gè)硬件復(fù)位，則計(jì)數(shù)器和預(yù)分頻器被重新初始化。


位0 　　　　 CEN：使能計(jì)數(shù)器


0：禁止計(jì)數(shù)器；


1：使能計(jì)數(shù)器。


注：在軟件設(shè)置了CEN位后，外部時(shí)鐘、門控模式和編碼器模式才能工作。觸發(fā)模式可以自動(dòng)地通過硬件設(shè)置CEN位。在單脈沖模式下，當(dāng)發(fā)生更新事件時(shí)，CEN被自動(dòng)清除。


首先 TIMx_CR1 的最低位，也就是計(jì)數(shù)器使能位，該位必須置 1，才能讓定時(shí)器開始計(jì)數(shù)。 從第 4 位 DIR 可以看出默認(rèn)的計(jì)數(shù)方式是向上計(jì)數(shù)， 同時(shí)也可以向下計(jì)數(shù)，第5,6位是設(shè)置計(jì)數(shù)對(duì)齊方式的。從第 8 和第 9 位可以看出，我們還可以設(shè)置定時(shí)器的時(shí)鐘分頻因子為 1,2,4 。


b）第二個(gè)寄存器： DMA/ 中斷使能寄存器（TIMx_DIER）。該寄存器是一個(gè) 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(guān)心它的第 0 位，該位是更新中斷允許位，本章用到的是定時(shí)器的更新中斷，所以該位要設(shè)置為 1，來允許由于更新事件所產(chǎn)生的中斷。


c）第三個(gè)寄存器：預(yù)分頻寄存器（TIMx_PSC）。該寄存器用設(shè)置對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行分頻，然后提供給計(jì)數(shù)器，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘。


定時(shí)器的時(shí)鐘來源有 4 個(gè)：


1）內(nèi)部時(shí)鐘（CK_INT）


2）外部時(shí)鐘模式 1：外部輸入腳（TIx）


3）外部時(shí)鐘模式 2：外部觸發(fā)輸入（ETR）


4）內(nèi)部觸發(fā)輸入（ITRx）：使用 A 定時(shí)器作為 B 定時(shí)器的預(yù)分頻器（A 為 B 提供時(shí)鐘）。


這些時(shí)鐘，具體選擇哪個(gè)可以通過 TIMx_SMCR 寄存器的相關(guān)位來設(shè)置。這里的 CK_INT時(shí)鐘是從 APB1 倍頻的來的，除非 APB1 的時(shí)鐘分頻數(shù)設(shè)置為 1， 否則通用定時(shí)器 TIMx 的時(shí)鐘是 APB1 時(shí)鐘的 2 倍，當(dāng) APB1 的時(shí)鐘不分頻的時(shí)候，通用定時(shí)器 TIMx 的時(shí)鐘就等于 APB1的時(shí)鐘。這里還要注意的就是高級(jí)定時(shí)器的時(shí)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(shí)器的計(jì)數(shù)器，該寄存器存儲(chǔ)了當(dāng)前定時(shí)器的計(jì)數(shù)值。


e) 自動(dòng)重裝載寄存器（TIMx_ARR），該寄存器在物理上實(shí)際對(duì)應(yīng)著 2 個(gè)寄存器。


一個(gè)是程序員可以直接操作的，另外一個(gè)是程序員看不到的，這個(gè)看不到的寄存器在《STM32參考手冊(cè)》里面被叫做影子寄存器。事實(shí)上真正起作用的是影子寄存器。根據(jù) TIMx_CR1 寄存器中 APRE 位的設(shè)置：APRE=0 時(shí)，預(yù)裝載寄存器的內(nèi)容可以隨時(shí)傳送到影子寄存器，此時(shí) 2者是連通的；而 APRE=1 時(shí)，在每一次更新事件（UEV）時(shí)，才把預(yù)裝在寄存器的內(nèi)容傳送到影子寄存器。


f) 狀態(tài)寄存器（TIMx_SR）。該寄存器用來標(biāo)記當(dāng)前與定時(shí)器相關(guān)的各種事件/中斷是否發(fā)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(shí)器設(shè)置步驟


1）TIM3 時(shí)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(shù)來使能 TIM3。調(diào)用的函數(shù)是：


RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //時(shí)鐘使能


2）初始化定時(shí)器參數(shù),設(shè)置自動(dòng)重裝值，分頻系數(shù)，計(jì)數(shù)方式等。


在庫函數(shù)中，定時(shí)器的初始化參數(shù)是通過初始化函數(shù) TIM_TimeBaseInit 實(shí)現(xiàn)的：


voidTIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef*TIMx,


TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);


第一個(gè)參數(shù)是確定是哪個(gè)定時(shí)器，這個(gè)比較容易理解。第二個(gè)參數(shù)是定時(shí)器初始化參數(shù)結(jié)構(gòu)體指針，結(jié)構(gòu)體類型為 TIM_TimeBaseInitTypeDef，下面我們看看這個(gè)結(jié)構(gòu)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(gè)結(jié)構(gòu)體一共有 5 個(gè)成員變量，要說明的是，對(duì)于通用定時(shí)器只有前面四個(gè)參數(shù)有用，最后一個(gè)參數(shù) TIM_RepetitionCounter 是高級(jí)定時(shí)器才有用的。


第一個(gè)參數(shù) TIM_Prescaler 是用來設(shè)置分頻系數(shù)的


第二個(gè)參數(shù) TIM_CounterMode 是用來設(shè)置計(jì)數(shù)方式，可以設(shè)置為向上計(jì)數(shù)，向下計(jì)數(shù)方式還有中央對(duì)齊計(jì)數(shù)方式， 比較常用的是向上計(jì)數(shù)模式 TIM_CounterMode_Up 和向下計(jì)數(shù)模式 TIM_CounterMode_Down。


第三個(gè)參數(shù) TIM_Period 是設(shè)置自動(dòng)重載計(jì)數(shù)周期值


第四個(gè)參數(shù) TIM_ClockDivision 是用來設(shè)置時(shí)鐘分頻因子


3）設(shè)置 TIM3_DIER 允許更新中斷。


因?yàn)橐褂?TIM3 的更新中斷，寄存器的相應(yīng)位便可使能更新中斷。在庫函數(shù)里面定時(shí)器中斷使能是通過 TIM_ITConfig 函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的：


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


第一個(gè)參數(shù)是選擇定時(shí)器號(hào)，取值為 TIM1~TIM17


第二個(gè)參數(shù)非常關(guān)鍵，是用來指明我們使能的定時(shí)器中斷的類型，定時(shí)器中斷的類型有很多種，包括更新中斷 TIM_IT_Update，觸發(fā)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(yōu)先級(jí)設(shè)置。


在定時(shí)器中斷使能之后，因?yàn)橐a(chǎn)生中斷，必不可少的要設(shè)置 NVIC 相關(guān)寄存器，設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)。


5）允許 TIM3 工作，也就是使能 TIM3。


配置好定時(shí)器還不行，沒有開啟定時(shí)器，照樣不能用。在配置完后要開啟定時(shí)器，通過 TIM3_CR1 的 CEN 位來設(shè)置。 在固件庫里面使能定時(shí)器的函數(shù)是通過 TIM_Cmd 函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的：


void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState)


比如要使能定時(shí)器 3，方法為：


TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能 TIMx 外設(shè)


6）編寫中斷服務(wù)函數(shù)。


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


在固件庫函數(shù)里面，用來讀取中斷狀態(tài)寄存器的值判斷中斷類型的函數(shù)是：


ITStatus TIM_GetITStatus(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t)


該函數(shù)的作用是，判斷定時(shí)器 TIMx 的中斷類型 TIM_IT 是否發(fā)生中斷。比如，要判斷定時(shí)器 3 是否發(fā)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(biāo)志位的函數(shù)是：


void TIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT)


該函數(shù)的作用是，清除定時(shí)器 TIMx 的中斷 TIM_IT 標(biāo)志位。使用起來非常簡單，比如在TIM3 的溢出中斷發(fā)生后，要清除中斷標(biāo)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(gè)函數(shù)用來判斷定時(shí)器狀態(tài)以及清除定時(shí)器狀態(tài)標(biāo)志位的函數(shù) TIM_GetFlagStatus 和 TIM_ClearFlag，作用和前面兩個(gè)函數(shù)的作用類似。只是在 TIM_GetITStatus 函數(shù)中會(huì)先判斷這種中斷是否使能，使能了才去判斷中斷標(biāo)志位，而TIM_GetFlagStatus 直接用來判斷狀態(tài)標(biāo)志位。


4、軟件設(shè)計(jì)


1）初始化設(shè)置




1 #include "timer.h"
2 #include "led.h"
3 //通用定時(shí)器中斷初始化
4 //這里時(shí)鐘選擇為APB1的2倍，而APB1為36M
5 //arr：自動(dòng)重裝值。
6 //psc：時(shí)鐘預(yù)分頻數(shù)
7 //這里使用的是定時(shí)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(shè)置在下一個(gè)更新事件裝入活動(dòng)的自動(dòng)重裝載寄存器周期的值，計(jì)數(shù)到5000為500ms
16 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(7200-1); //設(shè)置用來作為TIMx時(shí)鐘頻率除數(shù)的預(yù)分頻值 10Khz的計(jì)數(shù)頻率
17 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //設(shè)置時(shí)鐘分割:TDTS = Tck_tim
18 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上計(jì)數(shù)模式
19 TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根據(jù)TIM_TimeBaseInitStruct中指定的參數(shù)初始化TIMx的時(shí)間基數(shù)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(fā)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(yōu)先級(jí)0級(jí)
31 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //從優(yōu)先級(jí)3級(jí)
32 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
33 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根據(jù)NVIC_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)NVIC寄存器
34
35 TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIMx外設(shè)
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(fā)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(tǒng)初始化的時(shí)候在默認(rèn)的系統(tǒng)初始化函數(shù) SystemInit 函數(shù)里面已經(jīng)初始化 APB1 的時(shí)鐘為 2 分頻，所以 APB1 的時(shí)鐘為 36M，而從 STM32 的內(nèi)部時(shí)鐘樹圖得知：當(dāng) APB1 的時(shí)鐘分頻數(shù)為 1 的時(shí)候，TIM2~7 的時(shí)鐘為 APB1 的時(shí)鐘，而如果 APB1 的時(shí)鐘分頻數(shù)不為 1，那么 TIM2~7 的時(shí)鐘頻率將為 APB1 時(shí)鐘的兩倍。因此， TIM3 的時(shí)鐘為 72M，再根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)的 arr 和 psc 的值，就可以計(jì)算中斷時(shí)間了。計(jì)算公式如下：


Tout= ((arr+1)*(psc+1))/Tclk；


其中：


Tclk：TIM3 的輸入時(shí)鐘頻率（單位為 Mhz）。


Tout：TIM3 溢出時(shí)間（單位為 s）。


2）主函數(shù)




1 int main(void)
2 {
3 delay_init(); 　　//延時(shí)函數(shù)初始化
4 NVIC_Configuration();　　//設(shè)置 NVIC 中斷分組 2:2 位搶占優(yōu)先級(jí)，2 位響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
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(jì)數(shù)頻率，計(jì)數(shù)到 5000 為 500ms
8 while(1)
9 {
10 　　LED0=!LED0;
11 　　delay_ms(200);
12 }
13 }


此段代碼對(duì) TIM3 進(jìn)行初始化之后，進(jìn)入死循環(huán)等待 TIM3溢出中斷，當(dāng) TIM3_CNT 的值等于 TIM3_ARR 的值的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)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(jì)數(shù)。根據(jù)上面的公式，我們可以算出中斷溢出時(shí)間為500ms。


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