STM32第七课（TIM，HAL）

蔚弘量

2023-12-01

通用定时器包含一个 16 位或 32 位自动重载计数器（CNT），该计数器由可编程预分频器（PSC）驱动。

定时器相关的库函数主要集中在 HAL 库文件 stm32f4xx_hal_tim.h 和stm32f4xx_hal_tim.c 文件中。

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TIM3 时钟使能。
HAL 中定时器使能是通过宏拟函数来实现对相关寄存器操作的，方法如下：

__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE(); //使能 TIM3 时钟

初始化定时器参数,设置自动重装值，分频系数，计数方式等。
在 HAL 库中，定时器的初始化参数是通过定时器初始化函数 HAL_TIM_Base_Init 实现的：

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Init(TIM_HandleTypeDef *htim);

入口参数，就是 TIM_HandleTypeDef 类型结构体指针，这是TIM的句柄。

我们看看这个结构体的定义：

typedef struct
{
	TIM_TypeDef *Instance;
	TIM_Base_InitTypeDef Init;
	HAL_TIM_ActiveChannel Channel;
	DMA_HandleTypeDef *hdma[7];
	HAL_LockTypeDef Lock;
	__IO HAL_TIM_StateTypeDef State;
}TIM_HandleTypeDef;

Instance 是寄存器基地址。在HAL中都定义好了，比如要初始化定时器1，那么 Instance 的值设置为 TIM1 即可。
Init 为真正的初始化结构体 TIM_Base_InitTypeDef 类型。该结构体定义如下：

 typedef struct
{
	uint32_t Prescaler; //预分频系数
	uint32_t CounterMode; //计数方式
	uint32_t Period; //自动装载值 ARR
	uint32_t ClockDivision; //时钟分频因子
	uint32_t RepetitionCounter;
} TIM_Base_InitTypeDef;

Prescaler 是用来设置分频系数的，
CounterMode 是用来设置计数方式，比较常用的是
向上计数模式 TIM_CounterMode_Up 和向下计数模式TIM_CounterMode_Down。
Period 是设置自动重载计数周期值。
ClockDivision 是用来设置时钟分频因子，也就是定时器时钟频率 CK_INT 与数字滤波器所使用的采样时钟之间的分频比。
RepetitionCounter 用来设置重复计数器寄存器的值，用在高级定时器中。

回到TIM的结构体。
Channel 用来设置活跃通道。每个定时器最多有四个通道可以用来做输出比较，输入捕获等功能之用。取值范围为： HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1 到 HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_4。
Lock 和 State，是状态过程标识符，是 HAL 库用来记录和标志定时器处理过程。

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定时器初始化范例如下：

TIM_HandleTypeDef TIM3_Handler; //定时器句柄

TIM3_Handler.Instance=TIM3; //通用定时器 3
TIM3_Handler.Init.Prescaler=8999; //分频系数
TIM3_Handler.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP; //向上计数器
TIM3_Handler.Init.Period=4999; //自动装载值
TIM3_Handler.Init.ClockDivision=TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;//时钟分频因子

HAL_TIM_Base_Init(&TIM3_Handler);

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HAL 库中，使能定时器更新中断和使能定时器两个操作可以在函数
HAL_TIM_Base_Start_IT()中一次完成的，该函数声明如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim);

在定时器中断使能之后，因为要产生中断，必不可少的要设置 NVIC 相关寄存器，设置中
断优先级。

HAL 库为定时器初始化定义了回调函数 HAL_TIM_Base_MspInit。

void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim);

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编写定时器中断服务函数，通过该函数来处理定时器产生的相关中断。
在中断产生后，通过状态寄存器的值来判断此次产生的中断属于什么类型。

对于定时器中断， HAL 库同样为我们封装了处理过程。
首先，中断服务函数是不变的，定时器 3 的中断服务函数为：

TIM3_IRQHandler();

HAL 库为我们定义了新的定时器中断共用处理函数 HAL_TIM_IRQHandler，在每个定时器的中断服务函数内部，我们会调用该函数。该函数声明如下：

void HAL_TIM_IRQHandler(TIM_HandleTypeDef *htim);

函数 HAL_TIM_IRQHandler 内部，会对相应的中断标志位进行详细判断，判断确定中断来源后，会自动清掉该中断标志位，同时调用不同类型中断的回调函数。

所以我们的中断控制逻辑只用编写在中断回调函数中，并且中断回调函数中不需要清中断标志位。
比如定时器更新中断回调函数为：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

对于其他类型中断， HAL 库同样提供了几个不同的回调函数，这里我们列出常用的几个回调函数：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);//更新中断
void HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);//输出比较
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);//输入捕获
void HAL_TIM_TriggerCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);//触发中断

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实际应用中，TIM主要是用来作为事件发生器。
所以，TIM产生中断事件，触发ISR的执行，与TIM相关的处理工作，放在ISR中执行，更确切的，放在callback中执行。
如果实时性要求高，那么功能处理，可以直接放在calllback中执行，callback运行在ISR的运行上下文中，通常要求是尽量少占用CPU。
如果实时性要求不是特别高，可以在前后台架构中，分开处理。
在callback中打标，在main中检查标志，做出处理，然后清标。

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实例。

预分频寄存器（TIMx_PSC）。该寄存器用设置对时钟进行分频，然后提供给计数器，作为计数器的时钟。
CK_CNT = fck_int /(PSC[15:0] + 1) = fapb1 *2 /(PSC[15:0] + 1)
CK_INT时钟是从 APB1 倍频的来的，

TIMx_CNT 寄存器，该寄存器是定时器的计数器，该寄存器存储了当前定时器的计数值。
TIMx_ARR，该寄存器在物理上实际对应着 2 个寄存器。
一个是程序员可以直接操作的，另外一个是程序员看不到的，这个看不到的寄存器被叫做影子寄存器。事实上真正起作用的是影子寄存器。
APRE=1 时，在每一次更新事件（UEV）时，才把预装载寄存器（ARR）的内容传送到影子寄存器。
状态寄存器（ TIMx_SR）。该寄存器用来标记当前与定时器相关的各种事件/中断是否发生。

在cubemx中配置TIM，
clock source选择 internal clock，
prescale设置为8399，预分频倍数为8400，所以，最后将84MHZ时钟分频到10KHZ，
auto reload value 设置为4999，计数周期为5000，所以，每次中断，周期为500ms。
CKD设置为disable，所以fclk_int并不会分频，就是84MHZ。
auto_reload preload 设置为enable。
trigger event 设置为update event。

配置nvic，使能TIM3的interrupt。

覆盖定义HAL_TIM_PeriodElapsedCallback

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(htim == &htim3){
        time_out = 1;   
    }  
}

由于callback会被所有的TIMER的ISR所调用，所以，为了区分当前是哪个TIMER的ISR调用了callback，所以传递了TIMER的句柄作为参数。
在callback中，要对TIMER的句柄进行检查判断，并针对不同的TIMER做出不同的处理。
这里，针对TIM3，callback打标。

在main中，
检查TIM3的标志，并做出后续处理，然后清标。

		if(time_out){          
            pin_value = HAL_GPIO_ReadPin(led1_GPIO_Port, led1_Pin);
            HAL_GPIO_WritePin(led1_GPIO_Port ,led1_Pin ,!pin_value);
            pin_value = HAL_GPIO_ReadPin(led2_GPIO_Port, led2_Pin);
            HAL_GPIO_WritePin(led2_GPIO_Port ,led2_Pin ,!pin_value);
            
            time_out = 0;
        }

注意，
在main中，初始化定时器，只是配置好各个参数，
启动定时器，需要手工使用start函数来启动。

	HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);

STM32第七课（TIM，HAL）

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