目錄ContentsIIIIIIIVSTM32定時器概述STM32通用定時器TIMxSTM32實時時鐘RTCSTM32系統(tǒng)定時器第7章

定時器與編程2知識點1）STM32通用定時器TIMx；2）STM32實時時鐘RTC；3）STM32系統(tǒng)定時器SysTick。能力點掌握TIMx結(jié)構(gòu)、配置與應用掌握RTC功能和結(jié)構(gòu)、RTC控制寄存器配置掌握SysTick的控制寄存器、狀態(tài)寄存器、重裝寄存器配置和使用課程學習知識點和能力點第7章STM32定時器與編程37.1STM32定時器概述第7章STM32定時器與編程定時器基礎定時器是各種微處理器的標配。定時器的核心是一個功能強大的“計數(shù)器”：可以有不同的計數(shù)方式——遞增、遞減計數(shù)脈沖可以選擇和配置——內(nèi)部/外部、分頻計數(shù)是有范圍限制的——溢出、更新事件、中斷/DMA可以讓計數(shù)重復進行——自動重載根據(jù)需要啟動和停止——觸發(fā)、輸入捕獲將計數(shù)值與特定值比較——比較輸出、PWM+/-計數(shù)器自動重載寄存器捕獲/比較寄存器內(nèi)部時鐘輸入信號輸出信號中斷DMA更新事件分頻控制47.1STM32定時器概述第7章STM32定時器與編程定時器基礎定時器能做什么？定時：得到精確的時間間隔測量：通過對輸入信號的捕獲和計數(shù)，測量脈寬、周期（頻率）、占空比等輸出：將計數(shù)值與特定值比較，輸出各種有用信號簡單高低電平單個或數(shù)個脈沖脈寬調(diào)制輸出（PWM）互補PWM（帶可編程死區(qū)）高級應用：多定時器互聯(lián)、同步增量式編碼器霍爾傳感器57.1STM32定時器概述第7章STM32定時器與編程STM32F407定時器資源STM32F407總共14個定時器，包括2個高級控制定時器（TIM1和TIM8），10個通用定時器TIM2-TIM5、TIM9-TIM14,2個基本定時器（TIM6、TIM7)）。不包括1個實時鐘RTC,1個系統(tǒng)滴答定時器SysTick、2個看門狗定時器。這些定時器器彼此獨立，不共享任何資源。分為高級定時器和通用定時器2類：高級通用定時器TIM1、TIM8TIM2、TIM5TIM3、TIM4TIM9TIM10-TIM12分辨率16位32位16位16位16位計數(shù)器類型遞增、遞減、遞增/遞減遞增預分頻系數(shù)1–65536之間任意整數(shù)DMA請求有有有有有捕獲/比較通道44421互補輸出有無無無無總線及最高頻率(MHz)APB284APB142APB142APB284APB284最大定時器頻(MHz)848484848467.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器通用定時器中，每個定時器都有一個16位或者32位自動重載計數(shù)器，16位的可編程預分頻器。還有4個獨立通道，主要用于包括測量輸入信號的脈沖長度，產(chǎn)生輸出波形（輸出比較、PWM波、單脈沖輸出等）。支持針對定位的增量(正交)編碼器和霍爾傳感器電路。支持使用外部信號控制定時器和定時器互連的同步電路。STM32有10個通用定時器TIMx（TIM2~TIM5、TIM9~TIM14）硬件結(jié)構(gòu)，它可以分為三部分：時鐘源、時基單元、捕獲/比較通道。77.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器通用定時器又可分為低、中、高3檔87.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器通用定時器又可分為低、中、高3檔通用定時器（低檔）——TIM6/7分辨率：16位計數(shù)類型：遞增、遞減、遞增/遞減捕獲/比較通道：0時鐘：內(nèi)部+輸入通道不支持從模式通用定時器（高檔）——TIM1/8分辨率：16位計數(shù)類型：遞增、遞減、遞增/遞減捕獲/比較通道：4時鐘：內(nèi)部+輸入通道支持從模式支持觸發(fā)輸出增量編碼器接口通用定時器（中檔）分辨率：32/16(TIM2、TIM5/TIM3、TIM4,TIM9-TIM14計數(shù)類型：遞增、遞減、遞增/遞減捕獲/比較通道：4、4、2時鐘：內(nèi)部+輸入通道+外觸發(fā)輸入(ETR)支持從模式（觸發(fā)輸入）高、中、低的主要區(qū)別：輸入/輸出通道數(shù)逐漸增多計數(shù)類型愈來愈豐富主從模式：由不支持從模式到接受“別人”觸發(fā)再到觸發(fā)“別人”97.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器時鐘源和時基單元時鐘源的選擇（四種時鐘源）內(nèi)部時鐘(CK_INT)外部時鐘模式1：外部輸入引腳(TRGI)外部時鐘模式2：外部觸發(fā)輸入(ETRF)，僅適用于TIM2、TIM3和TIM4。內(nèi)部觸發(fā)輸入(ITRx)：使用一個定時器作為另一個定時器的預分頻器，例如可以將定時器配置為定時器2的預分頻器。107.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器時鐘源和時基單元時基單元STM32通用定時器的時基單元包括計數(shù)器（TIMx_CNT）、預分頻器（TIMx_PSC）和自動重裝載寄存器（TIM_ARR）等

從時鐘源送來的時鐘信號，首先經(jīng)過預分頻器的分頻，降低頻率輸出CK_CNT，送入到計數(shù)器。預分頻器對時鐘頻率進行分頻，分頻系數(shù)介于1到65536之間的任意值。由于該控制寄存器具有緩沖功能，因此預分頻器可實現(xiàn)實時更改，而新的預分頻值將在下一更新事件發(fā)生時被采用。計數(shù)器（CNT）可以在時鐘控制單元的控制下，進行遞增計數(shù)、遞減計數(shù)或中央對齊計數(shù)；計數(shù)器還可以通過時鐘控制單元直接被清零、或者在計數(shù)值達到重載寄存器的數(shù)值后被清零；計數(shù)器還可以直接被停止、或者在計數(shù)值達到重裝載寄存器的數(shù)值后被停止、或者停一段時間計數(shù)后在控制單元的控制下恢復計數(shù)。自動重載值寄存器（TIMx_ARR）的內(nèi)容會在計數(shù)寄存器遞減計數(shù)到0時，會重新從自動重載值寄存器加載到計數(shù)寄存器，然后開始計數(shù)并生成計數(shù)器下溢事件。117.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器時鐘源和時基單元時基單元定時器的定時功能是依賴計數(shù)器完成的，當定時器時鐘頻率為168MHz，在沒有經(jīng)過預分頻處理時，計一個數(shù)的時長為1/168MHz秒。定時器在進行計數(shù)時可以設置預分頻寄存器，來改變計數(shù)的頻率。定時的時長由TIM_TimeBaseInitTypeDef結(jié)構(gòu)體中的TIM_Period（計數(shù)頻率）和TIM_Prescaler（預分頻系數(shù)）設定的。已知TIMx定時器的時鐘頻率為TIMx_CLK，那么計算定時時長的方程式為：T=(TIM_Period+1)*(TIM_Prescaler+1)/TIMx_CLK當定時器外設時鐘是84MHz時，定時器初始化部分程序，代碼如下：TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=9999;//計數(shù)值9999TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=8400-1;//定時器分頻8400定時時間為：T=(TIM_Period+1)*(TIM_Prescaler+1)/TIMx_CLK=(4666+1)*(35999+1)/168M=1s127.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器捕獲和比較通道每個捕獲/比較通道均圍繞捕獲/比較寄存器、捕獲輸入階段（輸入濾波）和一個輸出階段（輸出控制）構(gòu)建而成，如下圖所示。137.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器捕獲和比較通道對于一個捕獲/比較通道，在輸入階段對相應的TIx輸入進行采樣，生成一個濾波后的信號TIxF。然后，帶有極性選擇功能的邊沿檢測器生成一個信號(TIxFPx)，該信號可用作從模式控制器的觸發(fā)輸入，也可用作捕獲命令。該信號先進行預分頻(ICxPS)，然后再進入捕獲寄存器，如圖7.4所示。147.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器捕獲和比較通道捕獲/比較模塊由一個預裝載寄存器和一個影子寄存器組成，始終可通過讀寫操作訪問預裝載寄存器。在捕獲模式下，捕獲實際發(fā)生在影子寄存器中，然后將影子寄存器的內(nèi)容復制到預裝載寄存器中。在比較模式下，預裝載寄存器的內(nèi)容將復制到影子寄存器中，然后將影子寄存器的內(nèi)容與計數(shù)器進行比較，如圖7.5所示。157.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器捕獲和比較通道輸出階段生成一個中間波形作為基準：OCxRef（高電平有效），鏈的末端決定最終輸出信號的極性，如圖7.6所示。167.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器計數(shù)模式和定時中斷計數(shù)模式

定時器是通過計數(shù)器來完成計時，通用定時器具有多種計數(shù)模式:向上計數(shù)模式、向下計數(shù)模式、中央對齊計數(shù)模式。向上計數(shù)模式:在遞增計數(shù)（向上計數(shù)）模式下，計數(shù)器從0計數(shù)到自動重載值，然后重新從0開始計數(shù)并生成計數(shù)器上溢事件。向下計數(shù)模式在遞減計數(shù)模式下，計數(shù)器從自動重載值開始遞減計數(shù)到0，然后重新從自動重載值開始計數(shù)并生成計數(shù)器下溢事件。中心對齊模式在中心對齊模式下，計數(shù)器從0開始計數(shù)到自動重載值，生成計數(shù)器上溢事件；然后從自動重載值開始向下計數(shù)到1并生成計數(shù)器下溢事件。之后從0開始重新計數(shù)。177.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器計數(shù)模式和定時中斷計數(shù)模式stm32f407xx_tim.h文件中定義了計數(shù)模式相關的宏定義，代碼如下：//向上計數(shù)模式#defineTIM_CounterMode_Up ((uint16_t)0x0000)//向下計數(shù)模式#defineTIM_CounterMode_Down ((uint16_t)0x0010)//中央對齊模式1#defineTIM_CounterMode_CenterAligned1 ((uint16_t)0x0020)//中央對齊模式2#defineTIM_CounterMode_CenterAligned2 ((uint16_t)0x0040)//中央對齊模式3#defineTIM_CounterMode_CenterAligned3 ((uint16_t)0x0060)187.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器計數(shù)模式和定時中斷定時中斷定時器能夠引起中斷的中斷源或事件有:計數(shù)溢出輸入捕獲輸出比較DMA申請……中斷過程如下：TIM3時鐘使能。

設置TIM3_ARR和TIM3_PSC的值。設置TIM3_DIER允許更新中斷。允許TIM3工作。

TIM3中斷分組設置。

編寫中斷服務函數(shù)。197.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器TIMx寄存器和庫函數(shù)TIMx寄存器及功能

寄存器功能控制寄存器1（TIMx_CR1）用于控制獨立通用定時器控制寄存器2（TIMx_CR2）用于控制獨立通用定時器從模式控制寄存器（TIMx_SMCR）用于從模式控制DMA/中斷使能開關（TIMx_DIER）用于控制定時器的DMA及中斷請求狀態(tài)寄存器（TIMx_SR）保存定時器狀態(tài)事件產(chǎn)生寄存器（TIMx_EGR)）生成定時器事件捕獲/比較模式寄存器1（TIMx_CCMR1）用于捕獲/比較模式捕獲/比較模式寄存器2（TIMx_CCMR2）用于捕獲/比較模式捕獲/比較使能寄存器（TIMx_CCER）用于允許捕獲/比較計數(shù)器（TIMx_CNT）用于保存計數(shù)器的計數(shù)值預分頻器（TIMx_PSC）用于設置預分頻器的值自動重載寄存器（TIMx_ARR）保存計數(shù)自動重裝載的計數(shù)值捕獲/比較寄存器1（TIMx_CCR1）保存捕獲/比較通道1的計數(shù)值捕獲/比較寄存器2（TIMx_CCR2）保存捕獲/比較通道2的計數(shù)值捕獲/比較寄存器3（TIMx_CCR3）保存捕獲/比較通道3的計數(shù)值捕獲/比較寄存器4（TIMx_CCR4）保存捕獲/比較通道4的計數(shù)值斷路和死區(qū)寄存器（TIMx_BDTR）斷路狀態(tài)時，此位由硬件異步清零DMA控制寄存器（TIMx_DCR）用于控制DMA操作207.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器TIMx寄存器和庫函數(shù)TIMx寄存器及功能

定時器寄存器組結(jié)構(gòu)體，定義TIM3在stm32f4xx.h文件中代碼如下：TIM3寄存器首地址為：0x40000400。與其在內(nèi)存映射中的地址一致。217.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器TIMx寄存器和庫函數(shù)TIMx定時器相關的庫函數(shù)在庫函數(shù)開發(fā)模式下，通過庫函數(shù)來修改寄存器。定時器相關的寄存器在庫函數(shù)中被定義為TIM_TimeBaseInitTypeDef結(jié)構(gòu)體中的成員變量。typedefstruct{uint16_tTIM_Prescaler; //預分頻寄存器uint16_tTIM_CounterMode;//定時器計數(shù)模式uint32_tTIM_Period; //定時器計數(shù)周期（自動重裝載值）uint16_tTIM_ClockDivision;//定時器分頻因子uint8_tTIM_RepetitionCounter;}TIM_TimeBaseInitTypeDef;

227.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器TIMx寄存器和庫函數(shù)TIMx定時器相關的庫函數(shù)TIM_TimeBaseInit()函數(shù)通過對傳遞的結(jié)構(gòu)體參數(shù)，來修改對應寄存器的值，實現(xiàn)對寄存器進行初始化。該函數(shù)的定義如下。

237.2STM32通用定時器TIMx第7章STM32定時器與編程STM32F407通用定時器TIMx寄存器和庫函數(shù)TIMx定時器相關的庫函數(shù)此外，還要用到TIM_Cmd()函數(shù)來使能定時器開始計數(shù)。TIM_Cmd()函數(shù)代碼如下：

通過以上關于TIMx的函數(shù)就可以實現(xiàn)對定時器的設置，結(jié)合前面學過的NVIC函數(shù)還可以實現(xiàn)定時器中斷。247.3STM32實時時鐘RTC第7章STM32定時器與編程此外，還可以使用數(shù)字校準功能對晶振精度的偏差進行補償。系統(tǒng)復位后，PWR電源控制寄存器(PWR_CR)的DBP位被寫保護，以防止RTC寄存器非正常的寫訪問。必須先使能電源接口時鐘（RCC_APB1ENR的PWREN位），然后將DBP位置1才能使能RTC寄存器的寫訪問。上電復位后，所有RTC寄存器均受到寫保護。通過向?qū)懕Ｗo寄存器(RTC_WPR)寫入一個密鑰來使能對RTC寄存器的寫操作。要解鎖所有RTC寄存器（RTC_ISR[13:8]、RTC_TAFCR和RTC_BKPxR除外）的寫保護，

需要執(zhí)行的步驟：1.將“0xCA”寫入RTC_WPR寄存器。2.將“0x53”寫入RTC_WPR寄存器。寫入一個錯誤的關鍵字會再次激活寫保護。保護機制不受系統(tǒng)復位影響。257.3STM32實時時鐘RTC第7章STM32定時器與編程RTC功能和結(jié)構(gòu)RTC內(nèi)部結(jié)構(gòu)RTC由兩個主要部分組成，如圖所示。第一個是APB1接口，用于和APB1總線相連。另一部分就是RTC核心，由一組可編程計數(shù)器組成。

7.3STM32實時時鐘RTC267.3STM32實時時鐘RTC第7章STM32定時器與編程RTC功能和結(jié)構(gòu)RTC主要功能實時時鐘是一個獨立的定時器，通過對應寄存器的設置可以實現(xiàn)時鐘日歷的功能。RTC核和實時時鐘配置寄存器（RCC_BDCR）處于備份區(qū)域，因此在復位或從待機模式喚醒時，RTC的設置和時間會被保存下來。

7.3STM32實時時鐘RTC277.3STM32實時時鐘RTC第7章STM32定時器與編程RTC控制寄存器和備份寄存器RTC控制寄存器RTC控制寄

存

器

功

能RTC時間寄存器(RTC_TR)RTC_TR是日歷時間影子寄存器。只能在初始化模式下對該寄存器執(zhí)行寫操作。RTC日期寄存器(RTC_DR)RTC_DR是日歷日期影子寄存器。只能在初始化模式下對該寄存器執(zhí)行寫操作。RTC控制寄存器(RTC_CR)用于控制RTC。RTC初始化和狀態(tài)寄存器(RTC_ISR)用于初始化RTC和RTC的狀態(tài)。RTC預分頻器寄存器(RTC_PRER)對RTC時鐘進行分頻。RTC喚醒定時器寄存器(RTC_WUTR)用于喚醒RTC時鐘。表7.3RTC控制寄存器287.3STM32實時時鐘RTC第7章STM32定時器與編程RTC控制寄存器和備份寄存器RTC控制寄存器表7.4寄存器映像和復位值見297.3STM32實時時鐘RTC第7章STM32定時器與編程RTC控制寄存器和備份寄存器RTC控制寄存器定義RTC備份寄存器結(jié)構(gòu)體RTC_TypeDef，在庫文件stm32f40x.h中代碼如下：307.3STM32實時時鐘RTC第7章STM32定時器與編程RTC控制寄存器和備份寄存器RTC備份寄存器RTC備份寄存器，應用可向這些寄存器寫入/讀取數(shù)據(jù)。當VDD關閉時，這些寄存器由VBAT供電，因而系統(tǒng)復位時，這些寄存器不會復位，并且當器件在低功耗模式下工作時，寄存器的內(nèi)容仍然有效。發(fā)生入侵檢測事件時該寄存器會被復位，并且只要TAMPxF=1，該寄存器就一直保持復位。RTC寄存器結(jié)構(gòu)體RTC_TypeDef，定義在庫文件stm32f40x.h中代碼如下：317.3STM32實時時鐘RTC第7章STM32定時器與編程RTC控制寄存器和備份寄存器在使用庫函數(shù)開發(fā)方式開發(fā)RTC時，可以通過修改RTC_TypeDef結(jié)構(gòu)體中的變量，來實現(xiàn)RTC模塊和時鐘配置。只要后備區(qū)域供電正常，系統(tǒng)復位或從待機模式喚醒后RTC的設置和時間就顯示正常，RTC將一直運行。在設置時間之前，先要取消備份區(qū)域（BKP）寫保護。因為系統(tǒng)復位后，會自動禁止訪問后備寄存器和RTC，以防止對后備區(qū)域（BKP）的意外寫操作。表7.5RTC備份寄存器映射和復位值327.3STM32實時時鐘RTC第7章STM32定時器與編程電源控制寄存器

電源控制寄存器PWR_CR，位[8]即DBP位用于設置對備份寄存器和RTC的訪問。在復位后，RTC和后備寄存器處于被保護狀態(tài)，防止意外寫入。電源控制寄存器地址影像和復位值，如表7.6所示。表7.5電源控制寄存器地址影像和復位值337.3STM32實時時鐘RTC第7章STM32定時器與編程電源控制寄存器電源控制寄存器PWR_CR的結(jié)構(gòu)體PWR_TypeDef，定義在stm32f40x.h文件中代碼如下:347.3STM32實時時鐘RTC第7章STM32定時器與編程RTC寄存器RTC相關寄存器功能，如表7.7所示:

寄存器名稱

功

能RTC校準寄存器(RTC_CALIBR)用于校準RTC時鐘。RTC鬧鐘A寄存器(RTC_ALRMAR)用于設置RTC的鬧鐘A。RTC鬧鐘B寄存器(RTC_ALRMBR)）用于設置RTC的鬧鐘B。RTC寫保護寄存器(RTC_WPR)保護RTC時鐘不被隨意修改。RTC亞秒寄存器(RTC_SSR)用于設置亞秒的寄存器。RTC平移控制寄存器(RTC_SHIFTR)用于設置亞秒的寄存器。RTC時間戳時間寄存器(RTC_TSTR)記錄某一時間發(fā)生事件的功能。RTC時間戳日期寄存器(RTC_TSDR)記錄某一日期發(fā)生事件的功能。RTC時間戳亞秒寄存器(RTC_TSSSR)記錄某一亞秒發(fā)生事件的功能。捕獲/比較寄存器3（TIMx_CCR3）保存捕獲/比較通道3的計數(shù)值。捕獲/比較寄存器4（TIMx_CCR4）保存捕獲/比較通道4的計數(shù)值。RTC校準寄存器(RTC_CALR)用于校準RTC時鐘。DMA控制寄存器（TIMx_DCR）用于控制DMA操作。RTC鬧鐘A亞秒寄存(RTC_ALRMASSR)RTC鬧鐘A的亞秒寄存器RTC鬧鐘B亞秒寄存(RTC_ALRMBSSR)RTC鬧鐘B的亞秒寄存器357.3STM32實時時鐘RTC第7章STM32定時器與編程RTC寄存器RTC寄存器映射和復位值,如表7.8所示:表7.8RTC寄存器映射和復位值367.4STM32系統(tǒng)定時器SysTick第7章STM32定時器與編程

Cortex-M4內(nèi)核內(nèi)部包含了一個SysTick，SysTick是一個24位的向下計數(shù)定時器，當計到0時，將從RELOAD寄存器中自動重裝載定時初值。只要不把它在SysTick控制及狀態(tài)寄存器中的使能位清除，就永不停息，如圖7.8所示。

SysTick的主要優(yōu)點在于精確定時同時不占用系統(tǒng)資源。對于STM32系列單片機來說，執(zhí)行一條指令只有數(shù)10ns，使用for循環(huán)延遲，很難計算出精確的延時值。利用Systick可實現(xiàn)精確的定時，Systick的時鐘頻率是21MHz，是系統(tǒng)時鐘168MHz，經(jīng)過8分頻后得到的。再把計數(shù)值設置為21000，就能夠產(chǎn)生1ms的時間基準，用來作為延時的時間基準。圖7.8STM32時鐘樹中Systick的時鐘源377.4STM32系統(tǒng)定時器SysTick第7章STM32定時器與編程控制與狀態(tài)寄存器STK_CTRLSTK_CTRL是Systick的控制和狀態(tài)寄存器，是控制Systick器功能設置和查看Systick狀態(tài)的寄存器，其功能描述如表7.9所示。表7.9控制與狀態(tài)寄存器STK_CTRL寄存器位名稱描

述COUNTFLAG如果上次讀取本寄存器值后，Systick已經(jīng)數(shù)到0，則該位置1。如果讀取該位，該位將自動清零。CLKSOURCE進行時鐘分頻選擇。0=HCLH/81=HCLHTICKINT1=Systick倒數(shù)到0時，產(chǎn)生Systick異常請求0=數(shù)到0時無動作ENABLESystick定時器使能位387.4STM32系統(tǒng)定時器SysTick第7章STM32定時器與編程重載寄存器STK_LOADSysTick定時器和普通的定時器一樣有一個重裝載定時器STK_LOAD，用于設置SysTick計數(shù)器的比較值。該寄存器描述如表7.10所示。當前值寄存器STK_VAL當前值寄存器STK_VAL是SysTick定時器保存計數(shù)值的寄存器。該寄存器描述如表7.11所示。表7.10重裝載寄存器STK_LOAD寄存器位名稱描