13. Advanced-control timers (TIM1 and TIM8)

1. 基本介绍

有三个基础的寄存器：

• 计数寄存器（TIMx_CNT，Counter register）
• 预分频寄存器（TIMx_PSC，Prescaler register）
• 自动重载寄存器（TIMx_ARR，Auto-reload register）
• 重复计数寄存器（TIMx_RCR，Repetition counter register），当前频率下你需要比CNT更大的计数值时，可以使用。

计数器运行在TIMx_PSC预分频后的CK_CNT，前提是TIMx_CR1 寄存器里的CEN（Counter enable）位是1。只要CEN是1，计数器就开始计数。

如果TIMx_CR1 寄存器里的ARPE（Auto-reload Enable）位是1的话，在每次更新事件（UEV，update event）发生的时候TIMx_ARR寄存器的数值就会装载到计数器内；否则的话，只装载1次。

1.1 TIMx_PSC，Prescaler register

预分频，即预分频的比率：就是将原来的(n+1)个CK_PSC信号视为1个时钟信号。所以实际上，计数器的时钟信号频率CK_CNT = fCK_PSC / (PSC[15:0] + 1)。

你可以在任意时刻修改TIMx_PSC，但是只有在UEV事件发生时，新的预分频比率才会被使用：

这里可以看出与预分频相关的有3个寄存器：

• PSC，用于写入新的分频比率
• buffer，当前预分频计数器的上限，一般来自PSC，主要看什么时刻更新。
• counter，当前预分频计数器的值

1.2 TIMx_ARR，Auto-reload register

自动重载寄存器，和它相关的主要是要不要缓存TIMx_ARR。

当TIM1_CR1寄存器里的ARPE（Auto-reload preload enable）位是0时， TIMx_ARR不会被缓冲，所以会被立即更新：

修改TIMx_ARR <=> 立即修改自动重载的预加载寄存器 -> 立即更新自动重载的影子寄存器

当TIM1_CR1寄存器里的ARPE（Auto-reload preload enable）位是1时， TIMx_ARR会被缓冲，所以不会被立即更新：

修改TIMx_ARR <=> 立即修改自动重载的预加载寄存器 -> 在UEV事件时更新自动重载的影子寄存器

1.3 TIMx_RCR，Repetition counter register

重复计数寄存器，这里会影响UEV的触发条件：通常情况下在计数器overflow或者underflow时就会触发UEV；但是如果使用了TIMx_RCR那么需要当计数重载的次数达到（1+TIMx_RCR）后才会触发UEV。

事实上当计数重复计数器的值为0时就会触发UEV，当UEV触发后，重复计数器就会重新加载TIMx_RCR的值。

在上下计数的模式下，当TIMx_RCR的值是奇数时，UEV是在overflow还是underflow产生不仅取决于TIMx_RCR的值，还取决于计数器是从什么时间开始。比如，当TIMx_RCR=3时，UEV就会在每第4个overflow或underflow时触发。

1.4 计数模式

1.4.1 向上计数，Upcounting mode

此模式下，计数器从0加到TIMx_ARR，然后触发一个overflow事件并从0开始重新计数。

UEV事件的触发与否：

• 如果使用了TIMx_RCR，当计数器重复了（TIMx_RCR+1）遍时会触发UEV事件，否则在每次的overflow会触发UEV事件。
• 设置TIM1_EGR寄存器里的UG（Update generation）位会触发UEV事件
• 如果TIMx_CR1 寄存器里的UDIS（ Update disable）位是1时，不会触发UEV事件。
• 如果TIMx_CR1 寄存器里的URS（Update request source）位是1时，虽然UEV事件会发生，但是不会触发中断：不会置位对应的UIF标志位

当UEV事件发生时，会造成：

• 更新TIMx_SR寄存器的状态标志位UIF（Update interrupt flag），前提是TIMx_CR1 寄存器里的URS（Update request source）位是0
• 重新初始化TIMx_CNT：如果DIR=1（向下计数）就从TIMx_ARR寄存器重载；否则（DIR= 0，即向上计数；或者中心对齐模式）计数器清零。
• 更新预分频buffer为TIMx_PSC，预分频计数器清零。
• 更新自动重载计数器的shadow为TIMx_ARR
• 更新重复计数器的值为TIMx_RCR

1.4.2 向下计数，Downcounting mode

此模式下，计数器从TIMx_ARR减到0，然后触发一个underflow事件并从TIMx_ARR开始重新计数。

其他同向上计数。

1.4.3 居中对齐模式，Center-aligned mode (up/down counting)

此模式下，计数器从0加到（TIMx_ARR - 1）后触发一个overflow事件，接着从（TIMx_ARR ）减到1后触发一个underflow事件，如此往复。

此模式下，TIMx_CR1 寄存器里的DIR（Direction）不受软件控制，由硬件控制。

使用条件：

• TIMx_CR1 寄存器里的CMS（Center-aligned mode selection）位不能是0
• 通道配置成输出后（CCxS=00 in TIMx_CCMRx register），OC中断标志位会被置位，当：
  • CMS=01：Center-aligned mode 1，只有当计数器向下计数时。
  • CMS=10：Center-aligned mode 2，只有当计数器向上计数时。
  • CMS=11：Center-aligned mode 3，当计数器向上或向下计数时。

 

 2. 时钟选择

计数器的时钟来源：

• 内部时钟（CK_INT）
• 外部时钟模式1：外部管脚输入
• 外部时钟模式2：外部触发输入 ETR
• 内部触发输入：ITRx，可以用1个计数器作为另一个计数器的预分频计数器。

2.1 Internal clock source (CK_INT)

只要slave模式禁用（SMS=000，TIMx_SMCR），TIMx_CR1寄存器里的CEN、DIR位和TIMx_EGR寄存器里的UG就是实际的控制位，并且只能由软件修改（除了UG，它会自动清零）。

 2.2 External clock source mode 1

slave模式（SMS=0111，TIMx_SMCR），计数器可以在选择管脚的每一个上升及下降沿计数：

 如果需要计数器在TI2的上升沿计数，配置如下：

1. 配置CC2通道作为输入并映射到TI2：修改CC2S（Capture/Compare 2 Selection）=01， TIMx_CCMR1
2. 配置输入捕获的滤波器时间，不需要滤波的话：修改IC2F（Input capture 2 filter）=0000，TIMx_CCMR1
3. 选择上升沿极性：修改CC2P（Capture/Compare 2 output polarity）=0 和 CC2NP（Capture/Compare 1 complementary output polarity）=0，TIMx_CCER
4. 配置计数器在外部时钟源模式1下：修改SMS（Slave mode selection）=111，TIMx_SMCR
5. 选择TI2作为时钟源：修改TS（Trigger selection）=110，TIMx_SMCR
6. 使能计数器：修改CEN=1，TIMx_CR1

说明：

• 此用途中，捕获的预分频不需要设置，因为没有用到。
• 当检测到TI2的上升沿时，计数器+1，并置位TIF
• TI2的上升沿与实际计数器时钟的上升沿之间的延迟，取决于TI2输入的再同步电路。

 2.3 External clock source mode 2

此模式，可通过置位TIMx_SMCR寄存器的ECE（External clock enable）来选择。

关于ECE：

• 置位ECE，和在External clock source mode 1下将TRGI连到ETRF（SMS=111 and TS=00111）有相同的效果。
• 在复位、门级、触发的slave模式下可以同时使用External clock source mode 2，但是TRGI不能连到ETRF（TS！=00111）
• 在External clock source mode 1和External clock source mode 2同时使用时，外部时钟源是ETRF。

 如果需要配置一个向上计数器来数ETRF每隔2个上升沿的次数：

1. 不需要滤波的话， 配置ETF（External trigger filter）=0，TIMx_SMCR
2. 配置预分频 ETPS（External trigger prescaler）=01，TIMx_SMCR
3. 选择ETRF的上升沿：ETP（External trigger polarity）=0，TIMx_SMCR
4. 选择外部时钟源模式2：ECE（External clock enable）=1，TIMx_SMCR
5. 启动计数器： CEN=1，TIMx_CR1

 

3. Capture/compare channels

每一个捕获比较（看到CC，就是这个了）都是建立在：

• 捕获比较寄存器，包括一个影子寄存器
• 输入阶段：数字滤波、多路复用、预分频
• 输出阶段：比较器和输出控制

捕获比较模块由预加载寄存器和影子寄存器组成，读和写都是访问的预加载寄存器。

• 在捕获模式下，捕获实际上是在影子寄存器完成的，它会复制到预加载寄存器。
• 在比较模式下，预加载寄存器的内容会被复制到与计数器比较的影子寄存器。

 

 3.1 输入捕获模式

在输入捕获模式，CC寄存器（TIMx_CCRx）用于当一个事务通过相应的ICx信号检测到时锁存计数器的值。

当捕获发生时，对应的在TIMx_SR寄存器CCxIF（Capture/Compare x interrupt flag）标志位会被置位，并且中断或者DMA请求将会发生，如果使能的话。

如果捕获发生在CCxIF已经被置位的情况下，那么CCxOF（ Capture/Compare x overcapture flag）会被置位。

CCxIF标志位可以通过向此位写0清除，或者读取存储在TIMx_CCRx寄存器的捕获数据。

CCxOF标志物可以通过向此位写0清除。

假如需要配置，当TI1输入上升沿时捕获计数器的数值到TIMx_CCR1：

1. 配置通道用途：TIMx_CCR1必须连接到TI1，所以配置CC1S（Capture/Compare 1 Selection）=01，TIMx_CCMR1。如果CC1S不为0，说明通道配置成输入，那么TIMx_CCR1就会变成只读。
2. 配置输入滤波：假设当TI1信号反转时大概至少需要5个clk的时间稳定，我们可以将连续采样值设为8（2^3），所以配置IC1F=3，TIMx_CCMR1。
3. 配置TI1信号的触发沿：设成上升沿的话，配置CC1P=0，CC1NP=0， TIMx_CCER （capture/compare enable register）。
4. 配置输入信号的预分频：这里不需要， IC1PS=0，TIMx_CCMR1
5. 使能计数器： 配置CC1E =1，TIMx_CCER。
6. 如果需要的话，可以开启相应的中断：配置CC1IE=1，TIMx_DIER；或者DMA中断请求：CC1DE =1，TIMx_DIER。

当输入捕获发生时：

• TIMx_CCR1寄存会获取计数器的值
• 中断标志位CC1IF置1；如果至少连续2次捕获发生并且CC1IF标志位一直未被清除时，会置位CC1OF
• CC1IE控制中断是否发生；CC1DE控制DMA请求是否触发。

注意：

• 为了处理捕获溢出的情况，建议在捕获溢出前先读取TIMx_CCRx，这是为了避免捕获溢出发生在读取标志位之后且在读数据之前。