STM32F103ZET6通用定时器

STM32F103ZET6通⽤定时器

1、通⽤定时器简介　

通⽤定时器是由⼀个可编程预分频器驱动的16位⾃动装载计数器构成。通⽤定时器可以应⽤于多种场合，如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）。使⽤通⽤定时器的预分频器和RCC时钟控制器的预分频器，脉冲长度和输出波形周

期可以在⼏个微秒到⼏个毫秒间调整。

STM32内有多个通⽤定时器，每个通⽤定时器都是完全独⽴的，没有互相共享任何资源。

通⽤定时器的主要功能包括：

16位向上、向下、向上/向下⾃动装载计数器。

16位可编程（可以实时修改）预分频器，计数器时钟频率的分频系数为1~65536之间的任意数值。

4个独⽴通道可以实现4路：输⼊捕获、输出⽐较、PWM输出、单脉冲模式输出。

使⽤外部信号控制定时器和定时器互连的同步电路。

⽀持针对定位的增量（正交）编码器和霍尔传感器电路。

通⽤定时器框图如下：

2、通⽤定时器的时基单元

通⽤定时器的时基单元主要由⼀个16位计数器和与其相关的⾃动装载寄存器。这个计数器可以向上计数、向下计数或者向上向下双向计

数。通⽤定时器的计数器的时钟由预分频器分频得到，⾄于预分频器之前的时钟在时钟选择的时候回说到。

通⽤定时器的计数器、⾃动装载寄存器和预分频器寄存器可以由软件读写，在计数器运⾏时仍可以读写。

如下图红⾊框部分就是通⽤定时器的时基部分：

时基单元包含：

CNT计数器（TIMx_CNT）。

PSC预分频器（TIMx_PSC）。

⾃动重装载寄存器（TIMx_ARR）。

CNT 计数器和⾃动重装载寄存器：

TIMx_ARR寄存器是预先装载的，写或读TIMX_ARR寄存器将访问预装载寄存器。通⽤定时器根据TIMx_CR1寄存器中的ARPE

位，来决定写⼊TIMx_ARR寄存器的值是⽴即⽣效还是要等到更新事件（溢出）后才⽣效。在计数器运⾏的过程中，ARPE位的作⽤如

下：

当ARPE = 0时，写⼊TIMx_ARR寄存器的值⽴即⽣效，即TIMx_CNT计数器的计数范围⽴马更新。其时序图如下：

当ARPE = 1时，写⼊TIMx_ARR寄存器的值不会⽴马⽣效，TIMx_CNT计数器的计数范围还是跟原来⼀样，等到TIMx_CNT计数溢出的

时候，写⼊TIMx_ARR寄存器的值才⽣效，即溢出之后TIMx_CNT计数器的计数范围才会更新。其时序图如下：

从图中可以到，计数器TIMx_CNT由预分频器输出的CK_CNT时钟驱动，只有当设置了TIMx_CR1寄存器中的计数器使能位CEN

时，CK_CNT才有效，⽽且真正的计数器使能信号是在CEN位被置位后的⼀个是时钟周期。

PSC预分频器：

在通⽤定时器框图中，PSC预分频器的时钟来源是CK_PSC，预分频器可以将CK_PSC的时钟频率按1到65536之间的任意值分

频，然后将分频后的时钟CK_CNT输出到CNT计数器，来⽤驱动CNT计数器计数。

预分频由16位的TIMx_PSC寄存器控制，TIMx_PSC寄存器是⾃带缓冲器，TIMx_PSC寄存器能在计数器计数的过程中被改变，但

是新的预分频器参数只有到下⼀次溢出之后才被更新。

要注意，由于TIMx_PSC寄存器带有缓冲功能，在初始化给TIMx_PSC赋值的时候，预分频器的系数是不会⽴马⽣效的，必须要等

到溢出之后才会更新预分频器的系数。⽐如说IC上电时，给TIMx_PSC赋值4（即5分频），但是定时器刚开始运⾏时的预分频系数其实

还是0（即1分频），只有当TIMx_CNT计数溢出⼀次之后，预分频系数才会更新为4（即5分频），如果需要⽴即更新预分频器的系数，可以将TIMx_EGR的bit0位UG置位，这样将产⽣⼀个更新事件，计数器会被清0，⽽且预分频系数会被更新，但是这时候如果开启了中

断，就会进⼊⼀次中断。

如果开启了中断，在置位UG位时，不想进⼊中断，则可以置位TIMx_CR1寄存器中的UDIS位，置位UDIS位，可以禁⽌更新事件，

但是当计数器溢出时，预分频器系数还是会更新，计数器也会清0，只是不会置位UIF标志，即不会进⼊中断。

如下图是在计数器计数的过程中，改变预分频器的值的时序图：

在图中，当计数器计数到F8时，将TIMx_PSC寄存器的值从0改到3，即1分频改到4分频，当计数到F9的时候，预分频器使⽤的参

数还是0，即还是1分频没有变，只有当计数器寄存器溢出清0之后，预分频器使⽤的参数才是3，即变为4分频。

在图中，CK_PSC是预分频器的输⼊时钟，CEN是定时器的使能信号，计数器寄存器就是TIMx_CNT，更新事件（UEV）是溢出。

预分频控制寄存器是TIMx_PSC，预分频缓冲器是看不见到的。

通⽤定时器可以通过TIMx_CR1寄存器中的UDIS位禁⽌更新事件（即产⽣溢出中断），但是UDIS只是禁⽌更新事件并不会停⽌定

时器的计数器⼯作，计数器溢出时还是会更新到TIMx_ARR的数值。UDIS禁⽌更新事件后，如果更新预分频器的数值和TIMx_ARR寄存

器的数值（ARPE=1），就算计数器溢出也不会更新预分频器和TIMx_ARR寄存器（ARPE=1）的数值，只有UDIS解除禁⽌更新事件

后，产⽣更新事件是时才会更新预分频器和TIMx_ARR寄存器（ARPE=1）的数值。

当发⽣⼀个更新事件（溢出中断）时，所有的寄存器都被更新，硬件同时置位TIMx_SR寄存器中的更新标志UIF位，同时预分频器

的缓冲区的值被TIMx_PSC寄存器的值更新，⽽且如果APRE=1，则⾃动装载影⼦寄存器被更改数值后的TIMx_ARR寄存器更新。

通⽤定时器的计数器⼯作模式：

通⽤定时器的计数器可以设定为3种⼯作⽅式。有向上计数模式、向下计数模式、中央对齐模式（向上/向下计数）。

向上计数模式：

在向上计数模式中，定时器的TIMx_CNT寄存器的值从0开始递增计数，当TIMx_CNT的值等于TIMx_ARR寄存器的值的时候会

产⽣⼀个溢出信号，计数器清0，重新开始计数。

每当计数器溢出时就是产⽣⼀个更新信号，TIMx_SR寄存器中的溢出标志位会置位，如果使能了溢出中断，就会进⼊中断。

如下图是在向上计数模式中，TIMx_PSC = 3（4分频），TIMx_ARR = 0x36时，定时器的计数时序图：

从上图可以看到，当计数器计数到TIMx_ARR寄存器的值0x36时，计数器溢出，同时产⽣更新事件（UEV），并且TIMx_SR寄

存器的更新中断标志位UIF被置位。

向下计数模式：

在向下计数模式中，定时器的TIMx_CNT从TIMx_ARR寄存器获取初值，然后从该值向递减，当减到0时⼜会从TIMx_ARR寄存

器获取初值并产⽣⼀个计数器向下溢出事件。

如下图是在向下计数模式中，TIMx_PSC = 2（3分频），TIMx_ARR = 0x36时，定时器的计数时序图：

从上图可以看到，当计数器计数到0时，计数器溢出，TIMx_ARR的值0x36重新给计数器寄存器赋值，同时产⽣更新事件

（UEV），并且TIMx_SR寄存器的更新中断标志位UIF被置位。

中央对齐模式：

中央对齐模式也称为向上/向下计数模式，在该模式中，计数器从0开始计数到TIMx_ARR寄存器值-1的数值后产⽣⼀个计数器

溢出事件，然后向下计数器到1并且产⽣⼀个计数器下溢事件，然后计数器再从0开始重新计数。

在中央对齐模式，不能写⼊TIMx_CR1中的DIR⽅向位，DIR⽅向位由硬件更新并指⽰当前的计数器计数的⽅向。

如下图是在中央对齐模式中，TIMx_PSC = 0（1分频），TIMx_ARR = 0x06时，定时器的计数时序图：

从上图可以看到，当计数器从0开始向上计数到0x05时，计数器向上溢出，同时产⽣更新事件（UEV），并且TIMx_SR寄存器

的更新中断标志位UIF被置位，然后计数器⼜会从0x06开始向下计数，当计数器的值向下计数到0x01时，计数器向上溢出，同时产

⽣更新事件（UEV），并且TIMx_SR寄存器的更新中断标志位UIF被置位。也就是说在⼀个周期内会引发两次溢出。

3、通⽤定时器的时钟选择

通⽤定时器的计数器可以选择不同的时钟来源，⽤来驱动计数器计数。计数器时钟的来源有以下⼏种：

内部时钟（CK_INT）。

外部时钟模式1：外部输⼊脚（TIx）。

外部时钟模式2：外部触发输⼊（ETR）。 内部触发输⼊（ITRx）：使⽤⼀个定时器作为另⼀个定时器的预分频器，如可以配置⼀个定时器T1⽽作为另⼀个定时器T2的预分

频器。

如下图红⾊框部分就是通⽤定时器的时钟选择框图：

内部时钟源（CK_INT）：

从时钟选择框图中可以看到，内部时钟源（CK_INT）来⾃RCC的TIMx_CLK，即定时器本⾝的驱动时钟。

当禁⽌从模式控制器（TIMx_SMCR寄存器的SMS=000），则预分频的时钟源CK_PSC由内部时钟源（CK_INT）驱动。定时器的

实际控制位为CEN位、DIR位和UG位，并且只能被软件修改（UG位仍被⾃动清除）。只要CEN位被置1，预分频器的时钟CK_PSC就

由内部时钟CK_INT提供。

通⽤定时器的内部时钟来源于APB1总线时钟，但是通⽤定时器的内部时钟是根据APB1总线时钟是否分频来决定的，如果APB1总

线时钟预分频系数为1，则通⽤定时器的内部时钟就是APB1总线时钟；但是如果APB1总线时钟的分频系数为2，则通⽤定时器的内部时

钟就是APB1总线时钟的2倍。

下图显⽰了控制电路和向上计数器在⼀般模式下，不带预分频器时（分频系数为0）的操作。

如图所⽰，只有当CEN位被置位⾼电平的时候，预分频器的时钟CK_PSC和计数器的时钟CK_CNT才开始⼯作。

外部时钟源模式1：

如下图是TI2FP2作为驱动定时器计数器计数的连接⽰意图：

如图，当选择外部时钟1驱动计数器时，预分频器的时钟来源于TRGI的上升沿。当TIMx_SMCR寄存器的SMS[2:0]位设为“111”时，

则选择外部时钟模式1作为预分频器时钟CK_PSC的输⼊源，即选择TRGI的上升沿驱动计数器。

从图中还可以看到，TRGI具有多种输⼊源，通过TIMx_SMCR寄存器的TS[2:0]位来选择，如下：

当TS[2:0] = 000时，选择内部触发0（ITR0，对应TIM1）作为计数器的驱动时钟。

当TS[2:0] = 001时，选择内部触发1（ITR1，对应TIM12）作为计数器的驱动时钟。

当TS[2:0] = 010时，选择内部触发2（ITR2，对应TIM3）作为计数器的驱动时钟。

当TS[2:0] = 011时，选择内部触发3（ITR3，对应TIM4）作为计数器的驱动时钟。

当TS[2:0] = 100时，选择TI1的边沿检测器TI1F_ED作为计数器的驱动时钟。

当TS[2:0] = 101时，选择滤波后的定时器输⼊TI1FP1作为计数器的驱动时钟。

当TS[2:0] = 110时，选择滤波后的定时器输⼊TI2FP2作为计数器的驱动时钟。

当TS[2:0] = 111时，选择外部触发输⼊ETRF作为计数器的驱动时钟。

需要注意的是，TS[2:0]位只能在未⽤到（如SMS=000）时被改变，以避免在改变时产⽣错误的边沿检测。

TRGI在不同模式的作⽤也不⼀样，可以通过TIMx_SMCR寄存器的SMS[2:0]位进⾏控制。SMS[2:0]位还控制着其他功能，但这⾥只