STM32之TIM1高级定时器

定时器应用之PWM输出

1.1 TIM1_CH1N 与 TIM1_CH1 的区别
在刚准备使用定时器的时候，我看了下原理图，发现对于定时器1，它的每一个输出通道都是成对的，即TIM1_CH1N与TIM1_CH1两个一组，通过网络查询后，明白了芯片这样设计的原因。
TIM1是一个完整的电机控制用定时器外设，TIM1_CH1和TIM1_CH1N，用于驱动上下两个功率管。如果Deadtime为0，则 TIM1_CH1N是TIM1_CH1的反相，如果Deadtime不为0，则在TIM1_CH1N上插入了Deadtime，防止上下功率管同时导通。
另外的两类管脚定义：
TIM1_ETR是外部触发输入管脚；
TIM1_BKIN是故障信号，用来关闭TIM1的输出。


1.2 定时器的配置及 PWM 的设置 1.2.1 定时器相关结构体
从固件库里的教程CHM获取到的定时器相关的结构体。

1. TIM_BDTRInitTypeDef
   
2. BDTR structure definition
   
3. TIM_ICInitTypeDef
   
4. TIM Input Capture Init structure definition
   
5. TIM_OCInitTypeDef
   
6. TIM Output Compare Init structure definition
   
7. TIM_TimeBaseInitTypeDef
   
8. TIM Time Base Init structure definition
   
9. TIM_TypeDef
   
10. TIM

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其中与PWM输出有关的结构体主要为：
TIM_TimeBaseInitTypeDef：定时器初始化配置结构体
TIM_OCInitTypeDef：定时器输出比较结构体


1.2.2 定时器的三个速度
在刚开始学习定时器的时候，我对定时器的速度、技术速度都很迷糊，通过前面对STM32时钟系统的学习，以及RCC库里面几个函数的学习，总算明白了，定时器的这三个速度。
TIMxCLK（定时器的工作频率）：这个频率是我们在RCC里面配置APB1或APB2总线时的频率。
TIMx Counter Clock（定时器的计数频率）：这个频率是定时器对ARR寄存器内的值进行加数或是减数的速度。
以前在做51单片机编程的时候，这两个频率往往是一致的。所以，刚开始对这两个频率的理解上还是有点疑惑的。
TIMx Running @（定时器的作用频率）：这个频率表示定时器在这一次ARR寄存器开始累加或递减到下一次ARR寄存器重装所用的时间，这个频率可以理解为在以前的51单片机内我们定时器的定时周期。
对以上三个频率理解清楚后，再对定时器进行初始化的配置就很清晰了。


1.2.3 定时器的配置

定时器的配置代码     

1. // Compute the prescaler value /
   
2.        //TIM3CLK is 72 MHz
   
3.        //TIM3 Counter Clock is 24 MHz
   
4.        //TIM3 is running at 1 KHz
   
5.        PrescalerValue = (unsigned int) (72000000 / 36000000) - 1;
   
6.        PeriodValue = (unsigned int)( 36000000 / 1000 ) - 1;

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三个频率的设置：定时器工作频率为72MHz，定时器计数频率36MHz，定时周期1KHz，通过这三个值，计算PrescalerValue 及PeriodValue的值。为后面的结构体配置做准备。
关于定时器的工作频率为72MHz，这是我在网上查到的一个小经验，我在DATASHEET中没有找到相关的说明，最后的PWM频率说明这个小经验是正确的。网上提到分给APB1的频率，即提供给TIM3的定时器的工作频率会自动倍频。
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);//设置APB1时钟

我在前面配置给APB1的时钟是系统时钟二分频，即36MHz，而网上提到的倍频，即提供定时器的工作频率其实还是72MHz，最后证明TIM3工作频率的确是倍频了，对其他的定时器没有验证，我猜测挂载在APB1上的定时器都具有倍频的功能，即同样定时器的工作频率都经过了倍频。

1. // Time base configuration /
   
2.        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = PeriodValue;
   
3.        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = PrescalerValue;
   
4.        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
   
5.        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
   
6.        TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0x0;
   
7.        TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

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TIM_Period及 TIM_Prescaler的值通过前面的计算已经确定。其中TIM_Prescaler是确定定时器技术频率，TIM_Period是确定定时周期的。

1. // PWM1 Mode configuration: Channel1 /
   
2.        CCR_Val =  (unsigned int)  (PeriodValue / 2 ) ;
   
3.        TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
   
4.        TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
   
5.        TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR_Val;
   
6.        TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
   
7.        //TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
   
8.        TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);//选择第二个通道输出
   
9.        TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); //选择第二个通道输出

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以上是输出比较结构体的配置，他最后决定了PWM的参数，PWM的频率即前面的定时器定时周期。而占空比是由TIM_Pulse确定的。其中占空比公式为：

1. DUTY  =  CCR寄存器的值  /  ARR寄存器的值
   
2. DUTY  =  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse  /  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler-1
   
3.        //TIM3->CCER &= 0xEEEF;
   
4.        // TIM3 enable counter
   
5.        TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE);
   
6.        TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
   
7.        TIM_CtrlPWMOutputs(TIM3,ENABLE);

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定时器的最后使能配置。至此，有关定时器相关的结构体的配置就结束了。在配置完GPIO后就可以输出PWM波了。实际上，程序流程上是先配置GPIO的，但我在学习PWM时，在GPIO上花费了大量的时间，也对GPIO理解更加深刻了。


STM32的时钟系统
1.1 STM32 时钟系统概述
在STM32中，有五个时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。
①、HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz。
②、HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~16MHz。
③、LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为40kHz。
④、LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。
⑤、PLL为锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍，但是其输出频率最大不得超过72MHz。
其中40kHz的LSI供独立看门狗IWDG使用，另外它还可以被选择为实时时钟RTC的时钟源。另外，实时时钟RTC的时钟源还可以选择LSE，或者是HSE的128分频。RTC的时钟源通过RTCSEL[1:0]来选择。
STM32中有一个全速功能的USB模块，其串行接口引擎需要一个频率为48MHz的时钟源。该时钟源只能从PLL输出端获取，可以选择为1.5分频或者1分频，也就是，当需要使用USB模块时，PLL必须使能，并且时钟频率配置为48MHz或72MHz。
另外，STM32还可以选择一个时钟信号输出到MCO脚(PA8)上，可以选择为PLL输出的2分频、HSI、HSE、或者系统时钟。
系统时钟SYSCLK，它是供STM32中绝大部分部件工作的时钟源。系统时钟可选择为PLL输出、HSI或者HSE。系统时钟最大频率为72MHz，它通过AHB分频器分频后送给各模块使用，AHB分频器可选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频。其中AHB分频器输出的时钟送给5大模块使用：
①、送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。
②、通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟。
③、直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK。
④、送给APB1分频器。APB1分频器可选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB1外设使用(PCLK1，最大频率36MHz)，另一路送给定时器(Timer)2、3、4倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器2、3、4使用。
⑤、送给APB2分频器。APB2分频器可选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB2外设使用(PCLK2，最大频率72MHz)，另一路送给定时器(Timer)1倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器1使用。另外，APB2分频器还有一路输出供ADC分频器使用，分频后送给ADC模块使用。ADC分频器可选择为2、4、6、8分频。
在以上的时钟输出中，有很多是带使能控制的，例如AHB总线时钟、内核时钟、各种APB1外设、APB2外设等等。当需要使用某模块时，记得一定要先使能对应的时钟。
需要注意的是定时器的倍频器，当APB的分频为1时，它的倍频值为1，否则它的倍频值就为2。
连接在APB1(低速外设)上的设备有：电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看门狗、Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模块虽然需要一个单独的48MHz时钟信号，但它应该不是供USB模块工作的时钟，而只是提供给串行接口引擎(SIE)使用的时钟。USB模块工作的时钟应该是由APB1提供的。
连接在APB2(高速外设)上的设备有：UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通IO口(PA~PE)、第二功能IO口。
下图是STM32用户手册中的时钟系统结构图，通过该图可以从总体上掌握STM32的时钟系统。

1.2 STM32 时钟的配置

以下代码表示使用外部晶振，给整个系统提供振荡源。初始化外部晶振后，通过PLL倍频，再给系统时钟及挂载在AHB、APB1和APB2总线上的外设提供时钟。

1. void RCC_Configuration(void)
   
2. {
   
3. //---------------------------------------------------------------
   
4.     //-------------------------------使用外部晶振，并等待外部晶振起振
   
5. RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);//配置外部高速晶振
   
6.     RCC_WaitForHSEStartUp();//等待外部高速晶振起振
   
7. //---------------------------------------------------------------
   
8.     //----------------------------采用外部高速晶振做PLL源，并配置PLL
   
9.     RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_9); //PLL配置
   
10.     RCC_PLLCmd(ENABLE);//PLL使能
    
11. //---------------------------------------------------------------
    
12.     //---------------------------------------------------配置总线频率
    
13.     RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);//设置AHB时钟
    
14.     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);//设置APB1时钟
    
15.     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);//设置APB2时钟
    
16. //---------------------------------------------------------------
    
17. //-------------------------------------------------系统时钟初始化
    
18.     RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);//系统时钟初始化
    
19. //---------------------------------------------------------------
    
20. //-------------------------------------------总线上外设时钟初始化
    
21.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA
    
22.                            |RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOC
    
23.                            |RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOE
    
24.                            |RCC_APB2Periph_ADC1  | RCC_APB2Periph_AFIO
    
25.                            |RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );
    
26.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4 | RCC_APB1Periph_USART2
    
27.                            |RCC_APB1Periph_USART3|RCC_APB1Periph_TIM2                           
    
28.                            , ENABLE );
    
29.     RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
    
30. }

复制代码

一直想弄明白RCC配置里面到底做了什么，这次通过对这一系列函数的研究，总算明白了，STM32系统的时钟配置，以及到底芯片及外设到底工作在一个什么样的频率上。

感觉漏了很多东西