STM32F411定时器应用秘笈


参考资源链接：[STM32F411系列单片机开发关键数据手册](https://wenku.csdn.net/doc/6412b6c7be7fbd1778d47f2d?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. STM32F411定时器概述与基础配置

## 1.1 STM32F411定时器概览
STM32F411微控制器系列是ST公司推出的高性能、低功耗的ARM Cortex-M4核心的32位微控制器，该系列微控制器内部集成了多个定时器，本文将重点介绍这些定时器的基础配置以及在多种应用场景中的使用。

## 1.2 定时器基础功能
基础的定时器功能包括计时、计数和生成中断。STM32F411的定时器支持向上计数、向下计数和中心对齐计数模式。

## 1.3 定时器基础配置步骤
配置STM32F411定时器的基本步骤如下：

1. 选择定时器时钟源并配置时钟。
2. 设置定时器预分频器（Prescaler）以确定计数速率。
3. 设置自动重载寄存器（ARR）以确定定时器溢出时间。

例如，以下代码片段配置定时器TIM2为每秒中断一次：

// 使能TIM2时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

// 初始化TIM2配置结构体
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 10000 - 1; // 10 kHz计数频率
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = (uint16_t) ((SystemCoreClock / 10000) - 1); // 1 MHz时钟
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

// 使能TIM2中断并设置优先级
NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);
NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 0);

// 启动定时器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

通过以上步骤，STM32F411定时器的基础配置就完成了，这为后续的高级特性学习和应用实践奠定了基础。

# 2. 定时器高级特性详解

### 定时器的基本模式

#### 定时器的计数模式

定时器的计数模式是定时器工作的基础，它决定了定时器如何来计算时间。在STM32F411中，定时器可以配置为向上计数模式或向下计数模式，甚至可以进行双向计数（中央对齐模式）。

**向上计数模式**：从0计数到自动重装载寄存器的值，然后重置为0，循环往复。

// 配置为向上计数模式示例代码块
TIM_HandleTypeDef htimX; // X代表定时器编号，例如htim1

htimX.Instance = TIMX; // X代表定时器的实例，例如TIM1
htimX.Init.Prescaler = 0; // 预分频器值
htimX.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; // 向上计数模式
htimX.Init.Period = 65535; // 自动重装载值
htimX.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htimX.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
HAL_TIM_Base_Init(&htimX);

**向下计数模式**：从自动重装载寄存器的值开始倒数到0，然后重置为自动重装载寄存器的值，循环往复。

**中央对齐模式**：计数器从0开始计数到自动重装载值的两倍减一，然后向下计数到1，再重置为0，循环往复。

在配置计数模式时，开发者需要根据实际应用需求来选择合适的计数模式。比如，在需要周期性的中断发生时，向上计数模式是常用的配置。

#### 定时器的中断功能

定时器的中断功能允许定时器在达到特定条件时触发中断请求，从而允许处理器执行中断服务例程（ISR）。这可以用于多种场景，比如在定时器达到预设的时间间隔后执行某些任务，或者在定时器计数达到预定值时改变IO状态。

// 配置定时器中断并启动示例代码块
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htimX); // 启动定时器中断模式

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIMX) // X代表定时器的实例，例如TIM1
    {
        // 在这里执行定时器中断要完成的任务
    }
}

在中断服务例程中，我们检查中断是由哪个定时器产生的，并执行相应的处理逻辑。定时器中断功能是实现精确时间控制的关键。

### 定时器的高级模式

#### 输入捕获模式

输入捕获模式允许定时器捕获外部信号的频率和周期，以及外部事件发生的确切时间点。这在测量外部信号特性时非常有用，例如测量脉冲宽度或信号周期。

// 配置输入捕获模式示例代码块
htimX.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htimX.Init.Period = 0xFFFF;
htimX.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htimX.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
HAL_TIM_Base_Init(&htimX);

// 输入捕获配置
TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC = {0};

sConfigIC.ICPolarity = TIM_ICPOLARITY_RISING; // 捕获上升沿
sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
sConfigIC.ICFilter = 0;
HAL_TIM_Base_ConfigChannel(&htimX, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1); // 配置定时器通道为输入捕获

HAL_TIM_IC_Start_IT(&htimX, TIM_CHANNEL_1); // 启动定时器输入捕获中断模式

通过输入捕获模式，STM32F411定时器可以用于测量外部信号，并且能够处理复杂的信号特征，比如解码器的接口信号。

#### 输出比较模式

输出比较模式允许定时器在计数器达到特定值时产生输出信号。输出信号的形式可以是脉冲、切换状态等。这种模式在控制外部设备时非常有用，例如控制步进电机的步进。

// 配置输出比较模式示例代码块
htimX.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htimX.Init.Period = 0xFFFF;
htimX.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htimX.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
HAL_TIM_Base_Init(&htimX);

// 输出比较配置
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_TIMING;
sConfigOC.Pulse = 500; // 设置比较值
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
HAL_TIM_Base_ConfigChannel(&htimX, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1); // 配置定时器通道为输出比较

HAL_TIM_OC_Start_IT(&htimX, TIM_CHANNEL_1); // 启动定时器输出比较中断模式

输出比较模式能够用于生成精确的定时信号，实现对外部设备的精确控制。

#### PWM模式应用

脉冲宽度调制（PWM）模式是一种通过改变脉冲宽度来控制外部设备的方法。这种模式在电机速度控制、LED亮度调节等领域有广泛应用。

// 配置PWM模式示例代码块
htimX.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htimX.Init.Period = 999; // PWM周期
htimX.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htimX.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
HAL_TIM_PWM_Init(&htimX);

// PWM模式配置
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; // PWM模式1
sConfigOC.Pulse = 499; // 设置脉冲宽度
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htimX, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

HAL_TIM_PWM_Start(&htimX, TIM_CHANNEL_1); // 启动PWM通道

在实际应用中，PWM信号可以根据需要配置为不同频率和占空比，实现对外部设备的精细控制。

### 定时器的同步与级联

#### 定时器间同步机制

定时器间的同步机制允许多个定时器共享同一个时钟源，从而实现精确的时间控制和协调。例如，在多通道PWM控制中，多个定时器可以同步工作以实现复杂的控制逻辑。

// 同步定时器示例代码块
TIM_HandleTypeDef htimX;
TIM_HandleTypeDef htimY;

htimX.Init.Prescaler = 0;
htimX.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htimX.Init.Period = 999;
htimX.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htimX.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
HAL_TIM_Base_Init(&htimX);

htimY.Init.Prescaler = 0;
htimY.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htimY.Init.Period = 999;
htimY.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htimY.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
HAL_TIM_Base_Init(&htimY);

// 同步定时器X和Y
if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htimX, TIM_MASTERCLOCKSOURCE_HSE) != HAL_OK)
{
    // 错误处理
}

HAL_TIM_Base_Start(&htimX);
HAL_TIM_Base_Start(&htimY);

同步多个定时器可以确保它们按照预定的时序关系运作，对于精确控制多个设备非常有用。

#### 级联定时器配置与应用

级联定时器是将多个定时器连接起来，以形成更大范围的计数或更复杂的定时功能。例如，可以使用两个32位定时器级联来形成一个64位的计数器。

// 级联定时器示例代码块
// 假设htimX为低位定时器，htimY为高位定时器
htimX.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htimX.Init.Period = 0xFFFF;
htimX.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htimX.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
HAL_TIM_Base_Init(&htimX);

htimY.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htimY.Init.Period = 0xFFFF;
htimY.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htimY.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
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