【STM32】HAL库开发之通用定时器中断

我会带着你远行 2023-02-28 04:07 33阅读 0赞

**目录**

一、STM32的定时器资源

1、STM3 的通用 TIMx (TIM2、TIM3、TIM4 和 TIM5)定时器功能

2、定时器计数模式

3、计数器时钟选择

二、使用STM32CubeMX创建工程

1、设置RCC

2、时钟树配置

3、配置TIM3

4、设置工程文件等等

三、程序设计

四、HAL库中定时器相关的函数与其用法

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# 一、STM32的定时器资源 #

STM32 的定时器功能十分强大，有 TIME1 和 TIME8 等高级定时器，也有 TIME2~TIME5 等通用定时器，还有 TIME6 和  
TIME7 等基本定时器。

本文将介绍STM32的通用定时器TIME2~TIME5。

## 1、STM3 的通用 TIMx (TIM2、TIM3、TIM4 和 TIM5)定时器功能 ##

> 1)16 位向上、向下、向上/向下自动装载计数器（TIMx\_CNT）。
> 
> 2)16 位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx\_PSC)，计数器时钟频率的分频系数为 1～65535 之间的任意数值。
> 
> 3）4 个独立通道（TIMx\_CH1~4），这些通道可以用来作为：
> 
> A．输入捕获
> 
> B．输出比较
> 
> C．PWM 生成(边缘或中间对齐模式)
> 
> D．单脉冲模式输出
> 
> 4）可使用外部信号（TIMx\_ETR）控制定时器和定时器互连（可以用 1 个定时器控制另外一个定时器）的同步电路。
> 
> 5）如下事件发生时产生中断/DMA：
> 
> A．更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)
> 
> B．触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)
> 
> C．输入捕获
> 
> D．输出比较
> 
> E．支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路
> 
> F．触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理

## 2、定时器计数模式 ##

STM32的通用定时器有三种计数模式。

> **向上计数：**计数器从0计数到自动加载值(TIMx\_ARR计数器的内容)，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：**计数器从自动装入的值(TIMx\_ARR计数器的值)开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始并且产生一个计数器向下溢出事件。
> 
> **中央对齐模式( 向上/向下计数）：**计数器从0开始计数到自动加载的值(TIMx\_ARR寄存器)−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下溢事件；然后再从0开始重新计数。

用一个表格来说明三种计数模式溢出值与重装值的关系

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><strong>计数模式</strong></td> 
   <td><strong>计数器溢出值</strong></td> 
   <td><strong>计数器重装值</strong></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>向上计数</td> 
   <td>CNT = ARR</td> 
   <td>CNT = 0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>向下计数</td> 
   <td>CNT = 0</td> 
   <td>CNT = ARR</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td colspan="1">中心对齐计数</td> 
   <td>CNT = ARR - 1</td> 
   <td>CNT = ARR</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CNT = 1</td> 
   <td>CNT = 0</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

在《STM32参考手册》中有图形来形象的描述这三种计数方式。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

## 3、计数器时钟选择 ##

计数器时钟可由下列时钟源提供：

> ● **内部时钟**(CK\_INT)
> 
> ● **外部时钟模式1**：外部输入脚(TIx)
> 
> ● **外部时钟模式2**：外部触发输入(ETR)
> 
> ● **内部触发输入(ITRx)**：使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器，如可以配置一个定时器Timer1而作为另一个定时器Timer2的预分频器。

# 二、使用STM32CubeMX创建工程 #

接下来以STM32L475VET6开发板为例，使用STM32CubeMX软件创建一个定时器3的工程，控制LED闪烁。

## 1、设置RCC ##

因为这里我们只使用到 HSE，所以我们设置选项 High Speed Clock（HSE）的值为Crystal/Ceramic Resonator（使用晶振/陶瓷振荡器）即可。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

## 2、时钟树配置 ##

根据参考手册上面的时钟树，我们可以知道通用定时器是挂载在APB1总线上面的。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

在本次实验中，我想让系统全速运行，而且我的外部晶振为8MHz，设置HCLK为最大频率为80MHz，APB1总线频率也为80MHz。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

## 3、配置TIM3 ##

在TIM3的配置界面，由于在本次实验中仅仅使用到定时器功能，所以只需要设置计数器时钟源为内部时钟即可。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

接下来进入详细配置。

定时器的溢出时间为：

![T\_\{out\}=\\frac\{(PSC+1)\\ast (ARR+1)\}\{T\_\{clk\}\}][T_out_frac_PSC_1_ast _ARR_1_T_clk]

在这里，我需要定时器定时1ms，所以可以设置PSC=79，ARR=999，设置为向上计数模式

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

这里我们只需要设置以上选项即可。

当然不要忘记开启中断，否则定时器是不会进入中断的。

![2020071919275115.png][]

## 4、设置工程文件等等 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

至此，CubeMX的配置完成，点击生成代码。

# 三、程序设计 #

在CubeMX生成的代码中，外设初始化已经给写好了

TIM_HandleTypeDef htim3;
    
    /* TIM3 init function */
    void MX_TIM3_Init(void)
    {
      TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
      TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
    
      htim3.Instance = TIM3;
      htim3.Init.Prescaler = 79;
      htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
      htim3.Init.Period = 999;
      htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
      htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
      if (HAL_TIM_Base_Init(&htim3) != HAL_OK)
      {
        Error_Handler();
      }
      sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
      if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim3, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
      {
        Error_Handler();
      }
      sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
      sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
      if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig) != HAL_OK)
      {
        Error_Handler();
      }
    
    }
    
    void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle)
    {
    
      if(tim_baseHandle->Instance==TIM3)
      {
      /* USER CODE BEGIN TIM3_MspInit 0 */
    
      /* USER CODE END TIM3_MspInit 0 */
        /* TIM3 clock enable */
        __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();
    
        /* TIM3 interrupt Init */
        HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn, 0, 0);
        HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);
      /* USER CODE BEGIN TIM3_MspInit 1 */
    
      /* USER CODE END TIM3_MspInit 1 */
      }
    }

以及初始化函数的调用

![20200719194531761.png][]

和中断函数都已经写好了

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70 8][]

关于STM32的HAL库的中断系统，稍后会详细讲解。

我们只需要编写定时器的中断回调函数，该函数在stm32l4xx\_hal\_tim.c文件中也有定义。

/**
      * @brief  Output Compare callback in non-blocking mode
      * @param  htim TIM OC handle
      * @retval None
      */
    __weak void HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
    {
      /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
      UNUSED(htim);
    
      /* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,
                the HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback could be implemented in the user file
       */
    }

注意，在stm32l4xx\_hal\_tim.c文件中定义的这个回调函数，前面有一个**\_\_weak**修饰符，关于这个关键字的用法如下

> weak 顾名思义是“弱”的意思，所以如果函数名称前面加上\_\_weak 修饰符，我们一般称这个函数为“弱函数”。加上了\_\_weak 修饰符的函数，用户可以在用户文件中重新定义一个同名函数，最终编译器编译的时候，会选择用户定义的函数，如果用户没有重新定义这个函数，那么编译器就会执行\_\_weak 声明的函数，并且编译器不会报错。
> 
> \_\_weak 在回调函数的时候经常用到。这样的好处是，系统默认定义了一个空的回调函数，保证编译器不会报错。同时，如果用户自己要定义用户回调函数，那么只需要重新定义即可，不需要考虑函数重复定义的问题，使用非常方便，在 HAL 库中\_\_weak 关键字被广泛使用。

所以我们重新定义一个中断回调函数，然后在回调函数中判断是哪个定时器发生了溢出中断，执行相应的操作即可。

**注意：自己添加的代码请在用户代码段之间，防止使用CubeMX软件更新配置的时候将用户自定义代码擦除覆盖。**

/* USER CODE BEGIN 1 */
    // 请在这里添加代码，防止被擦除覆盖
    /* USER CODE END 1 */

自定义定时器中断回调函数，这里我放在了tim.c文件中的用户代码段里面

// 定时器更新中断回调函数
    void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
    {
    	static uint16_t TIM3_Cnt1 = 0;
    	
    	// 判断是定时器3发生的中断
    	if(htim->Instance == TIM3)
    	{
    		// 定时器3每中断一次，计数器自加1
    		TIM3_Cnt1 ++;
    		// 计数1000次，定时1s
    		if(TIM3_Cnt1 >= 1000)
    		{
    			// 清除计数器
    			TIM3_Cnt1 = 0;
                            // 翻转LED_R的电平状态
    			HAL_GPIO_TogglePin(LED_R_GPIO_Port, LED_R_Pin);
    		}
    	}
    }

然后在main.c中，在定时器初始化命令之后加入以下代码

// 清除定时器初始化过程中的更新中断标志，避免定时器一启动就中断
    __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim3, TIM_IT_UPDATE);		
    // 使能定时器3更新中断并启动定时器
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);

最终结果如下所示

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70 9][]

然后编译，并烧录到单片机中，观察发现红灯每个1s亮灭一次，实验成功。

# 四、HAL库中定时器相关的函数与其用法 #

未完待续......

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230209/36628eb54b994aa2aaebe0d5241d5eda.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20230209/11d3c32efe354c9d9ef3344cdfd5fdca.png
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[T_out_frac_PSC_1_ast _ARR_1_T_clk]: https://private.codecogs.com/gif.latex?T_%7Bout%7D%3D%5Cfrac%7B%28PSC&plus;1%29%5Cast%20%28ARR&plus;1%29%7D%7BT_%7Bclk%7D%7D
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[20200719194531761.png]: /images/20230209/e6c42a287f844801a2c3b7dd51439a74.png
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