STM32 定时器中断

STM32 定时器中断

        我们将向大家介绍如何使用STM32的通用定时器，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。在《STM32参考手册》里面，定时器的介绍占了1/5的篇幅，足见其重要性。在本章中，我们将使用TIM3的定时器中断来控制DS1的翻转，在主函数用DS0的翻转来提示程序正在运行。本章，我们选择难度适中的通用定时器来介绍，本章将分为如下几个部分：
13.1 STM32通用定时器简介
13.2 硬件设计
13.3 软件设计
13.4下载验证
13.1 STM32通用定时器简介

        STM32的通用定时器是一个通过可编程预分频器（PSC）驱动的16位自动装载计数器（CNT）构成。STM32的通用定时器可以被用于：测量输入信号的脉冲长度(输入捕获)或者产生输出波形(输出比较和PWM)等。 使用定时器预分频器和RCC时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。STM32的每个通用定时器都是完全独立的，没有互相共享的任何资源。
STM3的通用TIMx (TIM2、TIM3、TIM4和TIM5)定时器功能包括： 
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
         由于STM32通用定时器比较复杂，这里我们不再多介绍，请大家直接参考《STM32参考手册》第253页，通用定时器一章。下面我们介绍一下与我们这章的实验密切相关的几个通用定时器的寄存器。
首先是控制寄存器1（TIMx_CR1），该寄存器的各位描述如图13.1.1所示：

图13.1.1 TIMx_CR1寄存器各位描述

    在本实验中，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。接下来介绍第二个与我们这章密切相关的寄存器：DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER）。该寄存器是一个16位的寄存器，其各位描述如图13.1.2所示：

图13.1.2 TIMx_ DIER寄存器各位描述

        这里我们同样仅关心它的第0位，该位是更新中断允许位，本章用到的是定时器的更新中断，所以该位要设置为1，来允许由于更新事件所产生的中断。
接下来我们看第三个与我们这章有关的寄存器：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。该寄存器的各位描述如图13.1.3所示：

图13.1.3 TIMx_ PSC寄存器各位描述

        这里，定时器的时钟来源有4个：
1）内部时钟（CK_INT）
2）外部时钟模式1：外部输入脚（TIx）
3）外部时钟模式2：外部触发输入（ETR）
4）内部触发输入（ITRx）：使用A定时器作为B定时器的预分频器（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。这里的CK_INT时钟是从APB1倍频的来的，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的时钟不分频的时候，通用定时器TIMx的时钟就等于APB1的时钟。这里还要注意的就是高级定时器的时钟不是来自APB1，而是来自APB2的。
        这里顺带介绍一下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。
        接着我们介绍自动重装载寄存器（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在《STM32参考手册》里面被叫做影子寄存器。事实上真正起作用的是影子寄存器。根据TIMx_CR1寄存器中APRE位的设置：APRE=0时，预装载寄存器的内容可以随时传送到影子寄存器，此时2者是连通的；而APRE=1时，在每一次更新事件（UEV）时，才把预装在寄存器的内容传送到影子寄存器。
自动重装载寄存器的各位描述如图13.1.4所示：

    图13.1.4 TIMx_ ARR寄存器各位描述

        最后，我们要介绍的寄存器是：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。该寄存器的各位描述如图13.1.5所示：

    图13.1.5 TIMx_ SR寄存器各位描述

        关于这些位的详细描述，请参考《STM32参考手册》第282页。 
        只要对以上几个寄存器进行简单的设置，我们就可以使用通用定时器了，并且可以产生中断。
        这一章，我们将使用定时器产生中断，然后在中断服务函数里面翻转DS1上的电平，来指示定时器中断的产生。接下来我们以通用定时器TIM3为实例，来说明要经过哪些步骤，才能达到这个要求，并产生中断。
1）TIM3时钟使能。
        这里我们通过APB1ENR的第1位来设置TIM3的时钟，因为Stm32_Clock_Init函数里面把APB1的分频设置为2了，所以我们的TIM3时钟就是APB1时钟的2倍，等于系统时钟（72M）。
2）设置TIM3_ARR和TIM3_PSC的值。
        通过这两个寄存器，我们来设置自动重装的值，以及分频系数。这两个参数加上时钟频率就决定了定时器的溢出时间。
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。
        光配置好定时器还不行，没有开启定时器，照样不能用。我们在配置完后要开启定时器，通过TIM3_CR1的CEN位来设置。
5）TIM3中断分组设置。
        在定时器配置完了之后，因为要产生中断，必不可少的要设置NVIC相关寄存器，以使能TIM3中断。
6）编写中断服务函数。
        在最后，还是要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。然后执行相关的操作，我们这里使用的是更新（溢出）中断，所以在状态寄存器SR的最低位。在处理完中断之后应该向TIM3_SR的最低位写0，来清除该中断标志。
通过以上几个步骤，我们就可以达到我们的目的了，使用通用定时器的的更新中断，来控制DS1的亮灭。

13.2 硬件设计
        本实验用到的硬件资源有：
         1）  指示灯DS0和DS1
         2）  定时器TIM3
        本章将通过TIM3的中断来控制DS1的亮灭，DS1是直接连接到PE5上的，这个前面已经有介绍了。而TIM3属于STM32的内部资源，只需要软件设置即可正常工作。 
13.3 软件设计
        软件设计我们在之前的工程上面增加，首先在HARDWARE文件夹下新建TIMER的文件夹。然后打开USER文件夹下的工程，新建一个timer.c的文件和timer.h的头文件，保存在TIMER文件夹下，并将TIMER文件夹加入头文件包含路径。
        我们在timer.c里输入如下代码：

#include "timer.h"

#include "led.h"

//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      

}

//通用定时器3中断初始化

//这里时钟选择为APB1的2倍，而APB1为36M

//arr：自动重装值。

//psc：时钟预分频数

//这里使用的是定时器3!

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//刚好1ms   

       TIM3->PSC=psc;                //预分频器7200,得到10Khz的计数时钟            

       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_IRQChannel,2);//抢占1，子优先级3，组2                                                           

}     

        该文件下包含一个中断服务函数和一个定时器3中断初始化函数，中断服务函数比较简单，在每次中断后，判断TIM3的中断类型，如果中断类型正确，则执行LED1（DS1）的取反。
TIM3_Int_Init函数就是执行我们上面介绍的那5个步骤，使得TIM3开始工作，并开启中断。该函数的2个参数用来设置TIM3的溢出时间。因为我们在Stm32_Clock_Init函数里面已经初始化APB1的时钟为2分频，所以APB1的时钟为36M，而从STM32的内部时钟树图（图5.2.2.1）得知：当APB1的时钟分频数为1的时候，TIM2~7的时钟为APB1的时钟，而如果APB1的时钟分频数不为1，那么TIM2~7的时钟频率将为APB1时钟的两倍。因此，TIM3的时钟为72M，再根据我们设计的arr和psc的值，就可以计算中断时间了。计算公式如下：

Tout= ((arr+1)*(psc+1))/Tclk；

        其中：
        Tclk：TIM3的输入时钟频率（单位为Mhz）。
        Tout：TIM3溢出时间（单位为us）。
        我们将timer.c文件保存，然后加入到HARDWARE组下。接下来，在timer.h文件里，我们输入如下代码：

#ifndef __TIMER_H

#define __TIMER_H

#include "sys.h"  

void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc);

#endif

        此部分代码十分简单，这里不做介绍。
        最后，我们在主程序里面输入如下代码： 

int main(void)

{                                                            

       Stm32_Clock_Init(9);    //系统时钟设置

       uart_init(72,9600);      //串口初始化为9600

       delay_init(72);                  //延时初始化

       LED_Init();                 //初始化与LED连接的硬件接口

       BEEP_Init();                //初始化蜂鸣器端口

       KEY_Init();           //初始化与按键连接的硬件接口

       TIM3_Int_Init(4999,7199);   //10Khz的计数频率，计数5K次为500ms  

     while(1)

       {

              LED0=!LED0;

              delay_ms(200);               

       }     

}

         LED_这里的代码和之前大同小异，此段代码对TIM3进行初始化之后，进入死循环等待TIM3溢出中断，当TIM3_CNT的值等于TIM3_ARR的值的时候，就会产生TIM3的更新中断，然后在中断里面取反LED1，TIM3_CNT再从0 开始计数。
13.4 下载验证  
         在完成软件设计之后，我们将编译好的文件下载到战舰STM32开发板上，观看其运行结果是否与我们编写的一致。如果没有错误，我们将看DS0不停闪烁（每400ms闪烁一次），而DS1也是不停的闪烁，但是闪烁时间较DS0慢（1s一次）。