一、什么是定時器

關于什么是定時器，簡單來講，就是是用來定時的。STM32F103ZET6有兩個基本定時器TIM6和TIM7，四個通用定時器TIM2~TIM5和兩個高級定時器TIM1，TIM8。每一個定時器都是完全獨立的，不共享任何資源。

根據中文參考手冊介紹，基本定時器最為簡單，類似于51單片機的定時器。通用定時器在基本定時器的基礎上增加了輸入捕獲和輸出比較功能。高級定時器相比通用定時器，又增加了可編程死區互補輸出，重復計數器等功能。

STM32F103ZET6的通用定時器是一個通過可編程預分頻器驅動的16位自動裝載計數器構成。使用定時器預分頻器和RCC時鐘控制器預分頻器，脈沖長度和波形周期可以在幾個微秒到幾個毫秒間調整。

這里介紹一下對于定時器的個人理解。定時器的定時原理實際可以理解為按照固定的頻率數數。按照固定頻率就說明定時器一定要有輸入時鐘。比如輸入為一個1KHz的時鐘，那么數一個數的時間就是1ms。另外，數數也不是無限地數，數值有一個上限。可以規定是從0開始數到上限值，還是從上限值數到0。而且每次數到頭，需要重新開始。比如，需要控制燈亮200ms。那么只需要在點亮LED之后，等到數到200時熄滅即可。當數到上限值或者數到0時，重新開始數。

二、定時器有什么用

定時器有許多用途，以通用定時器為例。它可以測量輸入信號的脈沖寬度，產生PWM波。此外定時器也可以用于觸發ADC采集，按鍵檢測等方面。

中文參考手冊介紹如下

中文參考手冊對于通用定時器功能的描述

三、通用定時器詳細介紹

速成選手可以線跳過這一部分，直接看下面，后來再返回來仔細看。

3.1 時鐘來源

根據中文參考手冊，通用定時器的時鐘來源有四個。

? 內部CK_INT
? 外部觸發時鐘輸入TIMx_ETR（外部時鐘模式2）
? 內部觸發輸入（ITRx）：使用一個定時器作為另一個定時器的預分頻器
? 外部引腳輸入（外部時鐘模式1）

通用定時器時鐘來源
通過配置TIMx_SMCR寄存器來選擇，關于寄存器這里就不再詳細介紹了，大家可以去看中文參考手冊。

根據中文參考手冊關于時鐘的介紹，通用定時器掛接在APB1總線。對于APB1總線的時鐘如下

APB1時鐘介紹

如果APB1的預分頻系數為1，那么通用定時器的輸入時鐘頻率為36MHz，否則為72MHz。但是通常APB1總線的預分頻系數我們不會設置成1，所以通用定時器的時鐘頻率為72MHz。

3.2 預分頻器，計數器，自動重裝載寄存器

預分頻器，計數器和自動重裝載寄存器

3.2.1 預分頻器

預分頻器是對時鐘進行分頻，范圍是1~65536。比如通用定時器輸入時鐘頻率為72MHz，此時，將預分頻值設置為72，那么最終計數時的時鐘頻率為72MHz / 72 = 1MHz。

3.2.2 計數器

計數器就是用來計數的，計數值取值范圍是0~65535。有三種計數方式：向上計數，向下計數，中央對齊模式（向上/向下計數）。

在向上計數模式中，計數器從0計數到自動加載值(TIMx_ARR計數器的內容)，然后重新從0開始計數并且產生一個計數器溢出事件。

在向下計數模式中，計數器從自動裝入的值(TIMx_ARR計數器的值)開始向下計數到0，然后從自動裝入的值重新開始并且產生一個計數器向下溢出事件。

在 中央對齊模式 ，計數器從0開始計數到自動加載的值(TIMx_ARR寄存器)?1，產生一個計數器溢出事件，然后向下計數到1并且產生一個計數器下溢事件；然后再從0開始重新計數。

3.2.3 自動重裝載寄存器

比如，選擇向下計數模式，初始值為2000。當計數到0時，會再次從2000開始向下計數。這就叫重裝載。但是實際起作用的并不是這里的自動重裝載寄存器，而是影子寄存器。關于影子寄存器這里就不再做介紹了，大家可以自行了解。

3.3 觸發控制器

從圖中的右上角可以注意到，有一個觸發控制器。它可以用來觸發一些外設，比如觸發ADC采集，也可以用來給其他定時器提供時鐘。

四、PWM

4.1 什么是PWM

PWM（脈沖寬度調制），它是一種利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的技術，也可以理解為是對模擬信號電平進行數字編碼的方法。PWM可被應用于電機驅動，調光，通信等方面。

4.2 什么是占空比

一個PWM是有固定頻率的，也就意味著周期一定，一個周期內有效電平持續時間占整個周期的比例可以稱為占空比。比如一個周期100ms，其中50ms持續為有效電平，那么占空比就是50%。正是通過調節占空比，來調節電機轉速，或者用不同占空比代表不同信號，用于通信。

4.3 STM32F1 PWM介紹

STM32F1系列單片機，除了基本定時器TIM6和TIM7外，都可以產生PWM輸出。其中高級定時器TIM1和TIM8可以同時產生高達7路PWM輸出。PWM輸出其實就是對外輸出占空比可調的方波，信號頻率由自動重裝載寄存器ARR的值決定，占空比由比較寄存器CCR的值決定。假設高電平為有效電平，見下圖。ARR決定了周期（頻率），CCR調節占空比。

PWM示意圖

根據中文參考手冊介紹，STM32F1的PWM比較輸出模式共有8種。脈沖寬度調制模式可以產生一個由TIMx_ARR寄存器確定頻率、由TIMx_CCRx寄存器確定占空比的信號。在TIMx_CCMRx寄存器中的OCxM位寫入’110’(PWM模式1)或’111’(PWM模式2)，能夠獨立地設置每個OCx輸出通道產生一路PWM。有關寄存器的內容，這里就不不再做詳細介紹。

這里介紹一下8種輸出模式中比較常用的兩種PWM輸出模式，PWM1和PWM2。其實這兩種輸出模式差別不大，只不過輸出電平的極性不同。

4.4 PWM頻率計算

頻率 = (主時鐘頻率(72MHz) / (分頻系數 + 1)) / 自動重裝載值（單位為Hz）

五、通用定時器輸出引腳

其他幾個定時器如下

TIM2的PWM引腳

TIM4的PWM引腳

TIM5的PWM引腳

六、實戰項目

這里以一個經典項目——呼吸燈，來一起熟悉一下定時器的配置和使用，要求滅—>亮—>滅，時間為2.5s。

6.1 呼吸燈

呼吸燈是指燈能夠像人的呼吸一樣，實現由暗到亮或由亮到暗的變化，通常用于消息提示功能，或者作為系統正在運行的提示。之前一篇博文介紹過三種呼吸燈的實現方式，這里針對普中核心板，來介紹一下如果實現呼吸燈。

6.2 實現思路

這里用兩種方法來實現一下呼吸燈。分別是定時器的溢出中斷和PWM。其實第一種和PWM類似，我非就是控制LED點亮時間。

? 定時器中斷實現配置好預分頻系數和重裝載值，使每0.25ms進入一次定時器中斷，記錄進入中斷次數（count）。當進入次數滿100次之后（2.5ms），控制LED點亮的變量（t）值加1。主函數的while(1)輪詢中，如果t小于等于count的時候，LED點亮，否則LED熄滅。t的值累計100加次后（2.5s），開始遞減，LED由亮到滅。控制t是遞增還是遞減的是一個標志位（flag），初始值為0，具體可以看程序設計。
? PWM 利用PWM實現呼吸燈就更加簡單了，只需要不斷調節占空比即可。
66.3 定時器配置
配置通用定時器，有以下步驟
? 使能定時器時鐘
? 初始化定時器參數，包括自動重裝載值，分頻系數，計數方式等
? 設置中斷類型，并使能
? 設置中斷優先級，使能定時器中斷通道
? 開啟定時器
? 編寫定時器中斷服務函數

需要注意的是，配置預分頻系數時，比如設置為6，實際是6 + 1。

定時時間T = 自動重裝載值 * ((預分頻系數 + 1) / 主時鐘頻率)。主時鐘頻率為72MHz。（為了避免誤導，這里寫的主時鐘頻率為72MHz是APB1總線分頻系數不是1的前提下。）

6.4 定時器中斷實現呼吸燈

定時器配置程序如下，使用定時器2，控制LED1實現呼吸燈，由滅—>亮—>滅，時間為5秒。

/*
 *==============================================================================
 *函數名稱：TIM2_Iint
 *函數功能：初始化定時器2
 *輸入參數：per：自動重裝載值；psc：預分頻系數
 *返回值：無
 *備  注：無
 *==============================================================================
 */
void TIM2_Iint (u16 per,u16 psc)
{
    // 結構體定義
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);   // 使能TIM2時鐘
    
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = per;   // 自動裝載值
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;   // 分頻系數
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;   // 不分頻
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;   // 設置向上計數模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);
    
    TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);   // 開啟定時器中斷
    TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);   // 使能更新中斷
    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;   // 定時器中斷通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;   // 搶占優先級
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =3;   // 子優先級
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;   // IRQ通道使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); 
    
    TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);   // 使能定時器 
}

初始化時定時器的程序如下

TIM2_Iint(250,71);   // TIM2初始化

預分頻系數為71 + 1 = 72，計數到250進入一次中斷，也就是0.25ms進入一次中斷。累計進入100次（25ms）中斷開始調節一點LED的亮度。由滅到亮，累計調節100次（2.5s）。主函數和中斷服務函數如下

u8 gTimIrqCunt = 0;   // 進入中斷次數計數變量
u8 gLedLightCtrl = 0;   // LED亮度控制變量
u8 gLedFlag = 0;   // LED亮滅控制標志位，0：滅— >亮；1：亮— >滅

int main(void)
{
    Med_Mcu_Iint();   // 系統初始化
    
    while(1)
  {
        if (gLedLightCtrl <= gTimIrqCunt)
        {
            Med_Led_StateCtrl (LED1,LED_OFF);   // 熄滅LED1
        }
        if (gLedLightCtrl > gTimIrqCunt)
        {
            Med_Led_StateCtrl (LED1,LED_ON);   // 熄滅LED1
        }
    }
}

// TIM2中斷服務函數
void TIM2_IRQHandler(void)   // TIM2中斷
{
    // 產生更新中斷
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        gTimIrqCunt = gTimIrqCunt + 1;   // 進入中斷次數加1
        
        // 累計進入100次中斷，且是由滅到亮
        if (gTimIrqCunt >= 100 && gLedFlag < 100)
        {
            gTimIrqCunt = 0;   // 清零進入中斷計數變量
            gLedLightCtrl = gLedLightCtrl + 1;   // LED亮度控制變量加1
            gLedFlag = gLedFlag + 1;   // LED亮滅控制標志位加1
        }
        
        // 累計進入100次中斷，且是由亮到滅
        if (gTimIrqCunt >= 100 && gLedFlag >= 100)
        {
            gTimIrqCunt = 0;   // 清零進入中斷計數變量
            gLedLightCtrl = gLedLightCtrl - 1;   // LED亮度控制變量加1
            gLedFlag = gLedFlag + 1;   // LED亮滅控制標志位加1
        }
        
        // 一個亮滅周期結束
        if (gLedFlag >= 200)
        {
            gLedFlag = 0;   // 清零LED亮滅控制標志位
        }
    }
    
    TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);   // 清除TIM2更新中斷標志
}

6.5 使用PWM實現呼吸燈

PWM配置步驟

? 使能定時器以及GPIO時鐘，設置引腳復用映射
? 初始化定時器參數，包括自動重裝載值，分頻系數，計數方式等
? 初始化PWM輸出參數，包括PWM模式，輸出極性，使能等
? 開啟定時器
? 修改CCRx的值來修改占空比
? 使能TIMx在CCRx上的預裝載寄存器
? 使能TIMx在ARR上的預裝載寄存器允許位

TIM3的通道1配置程序如下這里對引腳進行了重映射。

/*
 *==============================================================================
 *函數名稱：TIM3_CH1_PWM_Init
 *函數功能：初始化定時器3的PWM通道1
 *輸入參數：per：自動重裝載值；psc：預分頻系數
 *返回值：無
 *備  注：無
 *==============================================================================
 */
void TIM3_CH1_PWM_Init (u16 per,u16 psc)
{
    // 結構體定義
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // 開啟時鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
    
    // 初始化GPIO
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   // 復用推挽輸出
    GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);
    
    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM3,ENABLE);   // 改變指定管腳的映射 
    
    // 初始化定時器參數
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = per;   // 自動裝載值
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;   // 分頻系數
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;   // 設置向上計數模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure); 
    
    // 初始化PWM參數
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   // 比較輸出模式
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;   // 輸出極性
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   // 輸出使能
    TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);   // 輸出比較通道1初始化
    
    TIM_OC1PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);   // 使能TIMx在 CCR1 上的預裝載寄存器
    TIM_ARRPreloadConfig(TIM3,ENABLE);   // 使能預裝載寄存器
    
    TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);   // 使能定時器
        
}

實現呼吸燈時，只需要在main函數中不斷調整占空比即可，調整占空比的函數為

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1)

這里main函數就不在列出來了。需要注意的是，設置的CCR的值，不能超過自動重裝載值 - 1。

七、拓展

之前介紹按鍵檢測時，介紹過檢測按鍵長短按的方法。當時比較簡單粗暴，這里介紹另一種，使用定時器來判斷按鍵WK UP的長短按。假設規定，按下時間在10ms~500ms之間為短按，按下時間大于等于1s，為長按。短按LED1點亮，長按LED1熄滅。之前是利用delay來實現時間控制，現在改用定時器實現時間控制，但是基本思路都是相同的。

關于按鍵部分的程序這里就不再做介紹了。首先配置定時器，10ms進入一次更新中斷，預分頻系數為72，自動重裝載值為10000。使用TIM2，定時器配置程序和上面一樣，初始化程序如下填寫

TIM2_Iint(10000,71);   // TIM2初始化

main函數以及中斷服務函數如下

u32 gKeyDownTimeCunt = 0;   // 按鍵按下時間計數變量
u8 gKeyLongFlag = 0;   // 按鍵長按標志位
u8 gKeyShotFlag = 0;   // 按鍵短按標志位

int main(void)
{
    Med_Mcu_Iint();   // 系統初始化
    
    while(1)
  {
        // 短按
        if (gKeyShotFlag == 1)
        {
            Med_Led_StateCtrl (LED1,LED_ON);   // 點亮LED1
            gKeyShotFlag = 0;   // 清除短按標志位
        }
        
        // 長按
        if (gKeyLongFlag == 1)
        {
            Med_Led_StateCtrl (LED1,LED_OFF);   // 熄滅LED1
            gKeyLongFlag = 0;   // 清除長按標志位
        }
    }
}

// TIM2中斷服務函數
    void TIM2_IRQHandler(void)   // TIM2中斷
    {
        // 產生更新中斷
        if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
        {
            if (KEY_UP == 1)
            {
                gKeyDownTimeCunt = gKeyDownTimeCunt + 1;   // 時間計數變量加1
            }
            // 松開后
            else
            {
                // 短按
                if (1 <= gKeyDownTimeCunt && gKeyDownTimeCunt <= 50)
                {
                    gKeyDownTimeCunt = 0;   // 清除時間計數變量
                    gKeyShotFlag = 1;   // 短按標志位置1
                }
                // 長按
                if (gKeyDownTimeCunt >= 100)
                {
                    gKeyDownTimeCunt = 0;   // 清除時間計數變量
                    gKeyLongFlag = 1;   // 長按標志位置1
                }
            }
        }
        
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);   // 清除TIM2更新中斷標志
    }