STM32 定时器原理和PWM信号的输出 - 仿生鱼会梦到电子池塘吗

定时器是什么？#

定时器是实际上是一个可编程的计数器，定时器通过不断计数，然后触发一定的事件。

定时器的组成#

时钟源(Clock Source)：时钟源为定时器提供了计数的频率（快慢）来源，时钟源可以来自内部总线（APB1，APB2，由芯片上的晶振产生的震动作为频率来源），也可以来自外部的引脚（如定时器的级联(Slave Mode)，时钟源是另一个定时器触发事件时产生的电信号）
预分频器(Prescaler, PSC)：由于时钟源的频率通常比较高(以内部总线为例，一般为72MHz，也就是一秒内计数器会数72000000下)，导致定时器能定时的时长会大大变短。为了解决这一问题，延长定时器所能定时的最大时长，需要先用预分频器对时钟源进行分频。预分频器是一个寄存器，当向这个寄存器中写入值N时，预分频器就会把时钟源的频率降到原来的N+1分之一。
计数器(Counter, CNT)：用来数数的东西，是一个16位或者32位的寄存器，当接收到时钟源的脉冲信号时，计数器中的值会-1（向下计数）或者+1（向上计数）。
自动重装载寄存器(Auto-Reload Register. ARR)：用来设定CNT触发事件时需要达到的数。
触发事件：当CNT达到ARR中设定的值（不管是向下计数还是下上计数模式），会产生一个更新事件，该事件可以用于以下的操作：
- 产生中断：通知CPU执行中断回调函数中的内容
- 触发DMA请求：通知DMA控制器搬运数据
- 触发其他外设：如触发ADC的转换
- 更新寄存器：将预装载的PSC和ARR值传送到它们的“影子寄存器”中，使其在下一个计数周期生效。
- 清零计数器：CNT的值会被清零或重新填满（取决于计数模式），用于下一个周期的计数

定时器的工作流程图解#

1
                       +-----------+      CK_CNT       +-----------+
2
Clock Source (APBx) -->| Prescaler |------------------>|  Counter  |
3
                       |  (PSC)    |      (计数时钟)    |   (CNT)   |
4
                       +-----------+                   +-----+-----+
5
                                                           |
6
                                                           | (与ARR比较)
7
                                                           V
8
                                                     +-----------+
9
                                                     |Auto-Reload|
10
                                                     |   (ARR)   |
11
                                                     +-----+-----+
12
                                                           |
13
                                                           | (计数达到目标)
14
                                                           V
15
                                                  +----------------+
16
                                                  |  Update Event  |
17
                                                  |     (UEV)      |
18
                                                  +-------+--------+
19
                                                          |
20
                                           +--------------+--------------+
21
                                           |              |              |
22
                                           V              V              V
23
                                      +----------+    +---------+    +----------+
24
                                      | Interrupt|    | DMA Req |    | Trigger  |
25
                                      +----------+    +---------+    +----------+

使用定时器产生PWM信号#

原理#

通过比较CNT中的值来改变电平高低，实现占空比（高电平与低电平的时间长度的比值）可调的方波（通过设置ARR与CCR来调整）

具体过程#

前面我们提到，当CNT的值达到了ARR中设定的值后，就会触发更新时间，重新开始计数，也就是说ARR定义了CNT数数的总时长（周期），PWM信号的特点是高电平与低平在时间上占有一定的比例，而CRR的设置就是用来调整这个比例的，当CNT的值达到CRR设置的值（并且还未达到ARR中设定的值）时，输出引脚的电平状态就会被改变，从而实现了PWM的信号输出。

可以使用HAL库提供的函数在程序运行时对CRR的值进行修改：

1
// 将占空比改为80% (假设ARR=999, 则CCR=800)
2
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_2, 800);

使用TIM输出PWM信号的配置过程#

设置时钟（打开TIM引脚，设置时基单元（配置PSC和ARR））
设置用于输出PWM电平的引脚：将被用作输出电平的引脚设置为“复用推挽输出”
配置PWM输出通道：选择PWM模式（例如 TIM_OCMODE_PWM1）。设置比较值 Pulse (CCR)。这个值决定了PWM的占空比。设置输出极性(TIM_OCPOLARITY_HIGH 表示正常模式，即CNT<CCR时为高电平)。
使用HAL库函数启动通道输出PWM信号：HAL_TIM_PWM_Start(TIM地址, 设置用于输出PWM的通道);