STM32定时器的分类及中断原理

本文主要介绍常规定时器中的TIM3，实现定时器中断的功能。STM32定时器的分类在其中一篇文章中已经介绍过，本文主要内容主要介绍定时器的基础功能-定时器中断，对于STM32定时器分类简单复习一下。

一、STM32定时器的分类

1.1 按照内核、外核、特定、常规分为4大类：

1）内核定时器：Systick

2）外设定时器：特定应用定时器+常规定时器

3）特定应用定时器：LPTIM,RTC,WTD,HRTIM

4）常规定时器：基本定时器TIM6&TIM7）、通用定时器（TIM2TIM5，TIM9TIM14）、高级定时器（TIM1&TIM8）

1.2 CPU时序

此处我们提一下学习单片机原理的课程时，提到的几个CPU时序。

振荡周期：为单片机提供定时信号的振荡源的周期。

状态周期：1个状态周期=2个振荡周期

机器周期：1个机器周期=6个状态周期=12个振荡周期

指令周期：完成1条指令所占用的全部时间，以机器周期为单位。

以12MHz外接晶振为例

振荡周期=1/12us，相当于1/12*10^6，所以单位为us;

状态周期=1/6us

机器周期=1us

指令周期=1~4us

STM32共有14组常规定时器，其实也可以称为计数器，定时器/计数器的工作过程是自动完成的，不需要CPU的参与，互相独立，执行不同的任务，可以增加单片机的效率。

二、定时器中断原理

2.1 何为定时器中断：定时器中断是由单片机中的定时器溢出而申请的中断。

提到中断，必须满足几个要素： 中断源， 中断请求 ， 中断优先级。 使CPU发生中断的事件称为中断源，中断源向CPU发出中断请求，CPU暂时中断原来执行的事件A转去执行事件B，事件B处理完成后继续返回原先中断的位置（该过程称为中断返回，原先中断的地方称为断点），继续执行原先的事件。

2.2 中断流程可以用下图表示：

2.3 中断优先级

在这篇文章里，介绍了STM32中的 中断优先级分组、中断优先级（抢占优先级&响应优先级）、嵌套向量中断控制器NVIC等概念，那么我们定时器中断也必须满足这个规则---定时器中断也要用NVIC来设置其中断组别、抢占优先级、响应优先级。

STM32中断分组有5种

#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 */

在函数中要调用

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

实现对某一个中断的中断分组和优先级配置。

与定时器配置紧密相关的就是自动重装载计数器(CNT)和预分频器（PSC）,初始化定时器就是对定时器的CNT、PSC进行设置。下面介绍一下与本文密切相关的几个通用定时器的寄存器

三、定时器相关寄存器及中断编程

3.1****定时器相关寄存器

3.1.1 控制寄存器TIMx_CR1

位0 CEN：计数器使能，0：禁止计数器，1，使能计数器

注意：只有事先通过软件将CEN位置去，才可以使用外部时钟、门控模式、编码器模式，而触发模式可以通过硬件自动将CEN置1；在单脉冲模式下，当发生更新事件时会自动将CEN位清零。

本实验中，我们只用到了TIMx_CR1的最低位，也就是计数器使能位，该位必须置1，才能让定时器开始计数。

3.1.2 DMA中断使能寄存器 TIMx_DIER

位0 UIE：更新中断使能，0：禁止更新中断，1：使能更新中断

TIMx_DIER是一个16bit的寄存器，对于要实现的中断试验，我们仅关心第0bit，因为定时器中断实验要用到定时器的更新中断，所以将该位置为1，表示允许更新时间所产生的中断。

3.1.3预分频寄存器TIMx_PSC

位0:15 PSC:预分频器值。(范围是0~65535)

表示计数器时钟频率CK_INT 等于Fck_psc/(PSC[15:0]+1).PSC包含在每次发生更新事件时要装载到实际预分频器寄存器的值。（84MHz的CK_INT，那计数器的时钟频率为84/(PSC[15:0]+1）MHz，计数器时钟的取值范围为（0.00128~84）MHz，那么计数器时钟周期为0.012us(84MHz)~781us(0.001MHz);

这个地方要注意：预分频值=实际分频值-1，如果要设定实际分频值为8400（定时器的工作频率为10kHz），那我们设定预分频值为8399

也再复习一下定时器的时钟知识：

1.STM32总的有3种时钟源，分为 内部时钟、外部时钟、锁相环倍频输出时钟，包含LSI,LSE,HSI,HSE等；

2.系统时钟为168MHz，其他时钟都是通过分频(系统时钟除以一个分频系数)给系统的各板块使用；

3.看下图三个红色框的部分，系统时钟(以F407系列为例)是168MHZ，通过设置不同的分频值给AHB总线，看第一个红框，可以设置为1.2...512，然后AHB总线再分频给APB分线，看第二个红框，再次分频的值可以为1.2.4.8.16,上面的是直接分频过后给APBx外设时钟使用，我们重点看第二根线，注意第三个红框，如果APBx的分频值设置为1，那么APBx的定时器时钟的时钟频率设置为与APB一样,如果是其他的数字，那么设置为APB的时钟频率的两倍。通过查手册知道两个基本定时器的时钟频率都归属于APB线上的，且APB1和APB2的分频系数都不为1（可以通过中找到配置），因此基本定时器的时钟频率已经确定。

看下面这张图，在文件system.stm324fxx.c中可以找到，

第一行表示系统时钟来源是HSE，之前提过，它是高速外部时钟，由外部晶振产生，第二三行表示系统时钟设置为168MHZ（由外部时钟HSE倍频实现，具体这里不深究），第四五六行，分别表示AHB，APB1,APB2的分频系数，即分别设置为168MHZ,42MHZ,84MHZ。

注意，如前所述APB1的分频值为4，不为1，故其包含的基本定时器模块的时钟频率需乘2，即42×2为84MHZ。由此我们得知基本定时器的时钟源为84MHZ。

1）内部时钟(CK_INT)

2）外部时钟模式1：外部输入引脚(TIx)

3）外部时钟模式2:外部触发输入（ETR)用于TIM2.TIM3.TIM4

4）内部触发输入(ITRx)，使用定时器A作为B定时器的预分频(A为B提供时钟)

这些时钟，具体选择哪个可以通过TIMx_SMCR寄存器的相关位来设置，CK_INT时钟是从APB1倍频来的，除非APB1的时钟分频数设置为1，否则通用定时器TIMx的时钟是APB1时钟的2倍，当APB1时钟不分频时，通用定时器的时钟就等于APB1的时钟，这里还要注意的就是高级定时器以及TIM9~TIM11的时钟是来自APB2。

3.1.4 TIMx_CNT计数器

位15:0 CNT[15:0]:计数器值，该寄存器存储了当前寄存器的计数值。范围为065535，可以计时的范围是051s(假定是分频PSC设为65535，计数器时钟频率是84/65536MHz，每个时钟脉冲周期为781us)

3.1.5自动重载寄存器（TIMx_ARR）

位15:0 ARR[15:0]:自动重载值。

ARR是要装载到实际自动重载寄存器的值。需要注意，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配置的，另外一个是程序员看不到的，这个看不到的寄存器叫影子寄存器，在《STM32F4xx中文参考手册》里面有提到，事实上真正起作用的是影子寄存器，根据TIMx_CR1寄存器中的APRE位的设置：APRE=0，预装载寄存器的内容可以随时传送到影子寄存器，此时两者是连通的；而APRE=1时，每一次更新事件（UEV）时，才能把预装载寄存器ARR的内容传送到影子寄存器。

3.1.6状态寄存器（TIMx_SR）

位0 UIF:更新中断标志。

• 该位在发生更新事件时通过硬件置1，但需要通过软件清零。0：未发生更新，1：更新中断挂起
• 上溢或者下溢（对于TIM2~TIM5）以及当TIMx_CR1寄存器UDIS=0时，
• TIMx_CR1中的寄存器中的URS=0且UDIS=0，并且由软件使用TIMx_EGR寄存器中的UG位重新初始化CNT时。TIMx_CR1寄存器中的URS=0&UDIS=0,并且由CNT由触发事件重新初始化。

3.2定时器中断编程

3.2.1编程步骤

1）TIM3时钟使能，通过APB1ENR的第1位来设置TIM3的时钟，APB1的分频系数是4，那么APB1为168/4=42MHz，TIM3时钟是APB1时钟的2倍，等于84MHz.

2)设置TIM3_ARR和TIM3_PSC的值，通过这两个寄存器，设置自动重装值和分频系数，这两个参数加上时钟频率决定了定时器的溢出事件。

3）设置TIM3_DIER允许更新中断。因为我们要使用TIM3的更新中断，所以设置DIER的UIE位为1，使能更新中断

4）允许TIM3工作。设置好定时器参数后，还需要开启定时器，通过TIM3_CR1的CEN位来设置

5）TIM3中断分组设置。配置完定时器后，因为要产生中断，必须要设置NVIC相关寄存器，以使能TIM3中断。

6）编写中断服务函数。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，然后执行相关的操作，这里采用的是更新(溢出)中断，所以要关注状态寄存器的SR的最低位，在处理完成之后，将TIM3_SR的最低位写0，来清除该中断标志。

以下是定时器3的中断测试代码

//通用定时器3中断初始化
//时钟选择为APB1的2倍，APB1=42MHz
//arr:自动重载值
//psc:时钟预分频数
//定时器溢出时间：Tout=((arr+1)*(psc+1))/ft
//ft=定时器的工作频率，MHz
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
RCC->APB1ENR|=1<<1;//TIM3时钟使能    
 TIM3->ARR=arr;  //设定计数器自动重装值 
TIM3->PSC=psc;  //预分频器  
TIM3->DIER|=1<<0;   //允许更新中断  
TIM3->CR1|=0x01;    //使能定时器3
MY_NVIC_Init(1,3,TIM3_IRQn,2);//抢占1，子优先级3，组2 }

//定时器3中断服务程序   
void TIM3_IRQHandler(void)
{                         
  if(TIM3->SR&0X0001)//溢出中断
  {
    LED1=!LED1;                                          
  }           
  TIM3->SR&=~(1<<0);//清除中断标志位       
}