一、硬件定時器

• 高級控制定時器 Advanced Control Timers (TIM1/TIM8)
• 通用定時器 General Purpose Timers (TIM2/TIM3/TIM4/TIM5)
• 通用定時器 General Purpose Timers (TIM15/TIM16/TIM17)
• 基本定時器 Basic Timers (TIM6/TIM7)

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二、TIM 中 PWM 概念

PWM 的基本原理就是通過 ++ / -- 計數

2.1 PWM 概念

PWM：Pulse width modulation - 脈沖寬度調制 (定時器)

脈沖：方波信號

方波信號：一個高電平和一個低電平組成的波形

脈沖寬度調制：調制一個方波信號中高電平或者低電平的占比

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方波周期：一個方波信號持續的時間

方波頻率：單位時間可以生成的方波個數????????????????周期和頻率成反比

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周期的單位：s? ? ? ? ms? ? ? ? μs? ? ? ? ns頻率的單位：Hz(bps)  KHz(Kbps) MHz(Mbps) GHz(Gbps)

占空比：高電平信號在一個方波周期內的占比

? ? ? ? 圖1（1）占空比為 50%，（2）占空比為 70%.

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1）PWM 的作用

? ? ? ? 通過 PWM 調節周期內高低電平的占比，對基于頻率參數控制的外設（蜂鳴器、馬達、直流電機等）可以進行更加有效的控制。

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三、分析電路圖

底板上的蜂鳴器引腳：PA15 - TIM2_CH1風扇引腳：PC6 - TIM3_CH1震動馬達引腳：PC7 - TIM3_CH2

按圖 3 - 圖 5 所示查找到三個外設的引腳。

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四、分析芯片手冊

4.1 定時器介紹

1）介紹

? ? ? ? TIM2/TIM3/TIM4/TIM5 都是通用可編程的定時器。

????????通用定時器由一個可編程預分頻器驅動的?16 位或?32位自動重載計數器組成。

? ? ? ? 它們可用于多種用途：測量輸入信號的脈沖長度（輸入捕獲）或生成輸出波形（輸出比較和脈沖寬度調制（PWM））。

? ? ? ? 利用定時器預分頻器和 RCC（復位和時鐘控制）時鐘控制器預分頻器，脈沖長度和波形周期可在幾微秒到幾毫秒的范圍內進行調制。

? ? ? ? 這些定時器之間完全相互獨立，不共享任何資源。

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2）主要特性

• 16 位或 32 位向上、向下、向上/向下自動重載計數器。
• 16 位可編程預分頻器，可將計數器時鐘頻率從 1 到 65535 之間的任意系數分頻（也可動態分頻）。
• 最多 4 個獨立通道，用于
  • 輸入捕獲
  • 輸出比較
  • 脈沖寬度調制（PWM）生成（邊沿對齊和中心對齊模式）
  • 單脈沖模式輸出

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3）功能描述

? ? ? ? 定時器基本單元。

????????可編程定時器的主要模塊是一個帶有相關自動重載寄存器的 16 位 / 32 位計數器。計數器可以向上計數、向下計數，或者既向上又向下計數。計數器時鐘可由預分頻器分頻。

? ? ? ? 定時器基本單元包括：

• 計數寄存器 - TIMx_CNT
• 分頻寄存器 - TIMx_PSC
• 自動重載寄存器 - TIMx_ARR

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4）預分頻系數發生變化波形圖

4.2 框

????????分頻器的分頻范圍: 16 位（分頻系數的使用范圍: 1 - 65535）；
計數器的計數范圍: 16 位（計數數值范圍: 0 - 65535）32 位的（計數范圍: 0 - (2^32) - 1）；
計數器 / 定時器的計數方式：邊沿對齊方式（遞增計數方式、遞減計數方式 / 向下計數方式）、中心對齊計數方式（先遞增再遞減計數方式）。

遞增計數方式:

????????CNT 計數器由分頻后的時鐘 CK_CNT 驅動工作，每來一個分頻后的時鐘，CNT 計數器中的值從 0 開始 + 1；
首先，需要設置自動重載寄存器中的值（ARR = 1000）和計數器的計數方式（遞增計數方式）；
當計數器開關開始工作時，自動重載寄存器中的值會被加載到計數器，每來 1 個時鐘信號，計數器會從 0 開始 + 1；
????????直到計數器中的值加到和自動重載寄存器中的值相等時，此時就代表一個 PWM 方波產生了
當產生一個 PWM 方波后，會產生一個溢出事件（標志位），CNT 計數器又會回到 0，重新開始 + 1，循環操作。

遞減計數方式:
首先，需要設置自動重載寄存器中的值（ARR = 1000）和計數器的計數方式（遞減計數方式）；
當計數器開關工作時，自動重載寄存器中的值（ARR = 1000）會被加載到計數器中，每來 1 個時鐘信號，計數器中的值會從 1000 開始 - 1；
直到計數器中的值遞減到 0 時，此時就代表一個 PWM 方波產生了；
當產生一個 PWM 方波后，會產生一個溢出事件（標志位），CNT 計數器中的值又會回到 1000，重新開始 - 1，循環操作。

先遞增再遞減計數方式:
首先，需要設置自動重載寄存器中的值（ARR = 1000）和計數器的計數方式（先遞增再遞減計數方式）；
當計數器開關開始工作時，自動重載寄存器中的值會被加載到計數器，每來 1 個時鐘信號，計數器會從 0 開始 + 1；
當計數器中的值加到和自動重載寄存器中的值相等時，開始遞減，也就是每來 1 個時鐘信號，計數器會從 1000 開始 - 1；
????????直到計數器中的值遞減到 0 時，此時就代表一個 PWM 方波產生了；
當產生一個 PWM 方波后，會產生一個溢出事件（標志位），循環上述操作。

目的：為了生成一個自定義脈寬的 PWM 波信號（可以人為改變高低電平占比的方波信號，也就是可以人為改變占空比的方波信號）
生成一個自定義脈寬的方波信號的流程:

1. 準備工作:（默認以初始給出的頻率值為頻率甲）
   1.1 由 RCC 產生并分配給 TIM 一個分頻前的時鐘頻率 CK_PSC = 160MHz
   1.2 設置分頻寄存器中的分頻系數 PSC = 160，分頻后的時鐘頻率 CK_CNT = 100MHz，分頻后的時鐘可以驅動計數工作（遞增 / 遞減計數）
   1.3 設置自動重載寄存器的值（ARR = 1000），設置計數器的計數方式為遞增計數方式，設置捕獲比較存儲的值 CCR1 = 700
2. 自動重載寄存器中的值（ARR）會被加載到計數器（CNT）中
3. 每來 1 個時鐘信號，計數器中的值從 0 開始 + 1
4. 當計數器中的值（CNT）加到和比較 / 捕獲寄存器中的值（CCR1）相等時，此時輸出的電平發生翻轉
5. 接著，計數器中的值繼續 + 1，直到加到和自動重載寄存器中的值（ARR）相等時，此時就代表一個自定義脈寬的 PWM 方波產生了

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????????分頻前時鐘 CK_PSC = 160 MHz，分頻系數 PSC = 160，自動重載寄存器 ARR = 1000，計數器計數方式為遞增計數，捕獲/比較寄存器 CCR1 = 700；

? ? ? ? 默認輸出初始電平為高電平。

則：

分頻后的時鐘頻率 CK_CNT = CK_PSC / PSC = 160MHz / 160 = 1MHz（1s內產生1M個時鐘信號）
分頻后的時鐘周期 = 1 / 分頻后的時鐘頻率 = 1 / 1MHz = 1us（產生一個時鐘信號需要1us）

生成的PWM方波的頻率 = 分頻后的時鐘頻率CK_PSC / 自動重載寄存器的值ARR = 1MHz / 1000 = 1000Hz = 1KHz
生成的PWM方波的周期 = 1 / 生成的PWM方波的頻率 = 1 / 1000Hz = 0.001s = 1ms

生成的PWM方波的周期 = 分頻后的時鐘周期 * +1次數 = 分頻后的時鐘周期 * ARR = 1us * 1000 = 1ms
生成的PWM方波的頻率 = 1 / 生成的PWM方波的周期 = 1 / 1ms = 1KHz

生成的PWM方波的占空比 = 700 / 1000 * 100% = 捕獲/比較寄存器的值CCR1 / 自動重載寄存器的值ARR * 100% = 70%

1. PWM方波的頻率、周期 與 分頻寄存器的分頻系數 PSC、自動重載寄存器的值 ARR 有關；
2. PWM方波的占空比 與 自動重載寄存器的值 ARR、捕獲/比較寄存器的值 CCR1、輸出的初始電平（有效電平）、PWM 的工作模式 有關。

4.3 邊沿對齊方式 - 遞增計數

4.4 邊沿對齊方式 - 遞減計數

4.5 中心對齊計數

4.6 TIMx_CR1 寄存器

1）Bit 6:5

位 6:5?CMS[1:0]：中心對齊模式選擇
00：邊沿對齊模式。計數器根據方向位（DIR）進行遞增或遞減計數。
01：中心對齊模式 1。計數器交替進行遞增和遞減計數。配置為輸出的通道（TIMx_CCMRx 寄存器中 CCxS=00）的輸出比較中斷標志僅在計數器遞減計數時置位。
10：中心對齊模式 2。計數器交替進行遞增和遞減計數。配置為輸出的通道（TIMx_CCMRx 寄存器中 CCxS=00）的輸出比較中斷標志僅在計數器遞增計數時置位。
11：中心對齊模式 3。計數器交替進行遞增和遞減計數。配置為輸出的通道（TIMx_CCMRx 寄存器中 CCxS=00）的輸出比較中斷標志在計數器遞增或遞減計數時都會置位。
注意：只要計數器使能（CEN=1），就不允許從邊沿對齊模式切換到中心對齊模式。

2）Bit 4

位 4?DIR：計數方向位
0：計數器用作向上計數器，遞增計數
1：計數器用作向下計數器，遞減計數

3）Bit 0

位 0?CEN：計數器使能
0：計數器不使能
1：計數器使能

4.7 TIM_CCMR1 寄存器

1）Bit 7

位 7?OC1CE：輸出比較 1 清除使能（通道 1 的輸出比較寄存器清除使能位）
0：OC1Ref 不受 ETRF 輸入的影響
1：一旦在 ETRF 輸入上檢測到高電平，OC1Ref 就會被清除

2）Bits 16, 6:4

4.8?TIM_CCER 寄存器

位 3 CC1NP：捕獲 / 比較 1 輸出極性。
CC1 通道配置為輸出：在這種情況下，CC1NP 必須保持清零。

位 1 CC1P：捕獲 / 比較 1 輸出極性。
CC1 通道配置為輸出：
0：OC1 高電平有效 - 通道1的活躍電平（有效電平）為高電平信號，不活躍電平（無效電平）為低電平信號
1：OC1 低電平有效 -?通道1的活躍電平（有效電平）為低電平信號，不活躍電平（無效電平）為高電平信號

位 0 CC1E：捕獲 / 比較 1 輸出使能 -?通道 1 的捕獲 / 比較功能使能
CC1 通道配置為輸出：
?0：關閉 - OC1 未激活
?1：開啟 - OC1 信號在相應的輸出引腳上輸出 -?使能比較輸出的功能

4.9?TIM_CNT 寄存器

計數器中的值可以人為手動寫入；
一般需要手動寫入時，應用在對計數器清0 / 設置閥值；
一般計數器中的值從自動重載寄存器（ARR）中來。

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位 31 CNT [31]：計數器值的最高有效位（在 TIM2 和 TIM5 上）
在其他定時器上為保留位。

位 30:16 CNT [30:16]：計數器值的最高有效部分（在 TIM2 和 TIM5 上）

位 15:0 CNT [15:0]：計數器值的最低有效部分

4.10?TIM_PSC 寄存器

分頻后的時鐘頻率 = 分頻前的時鐘頻率 / (PSC寄存器中的值 + 1)

4.11?TIM_ARR 寄存器

4.12?TIM_CCR1 寄存器

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五、CubeMX 配置

以震動馬達為例：

將 PC7 引腳配置為 TIM3_CH2 模式，設置 TIM3 的 時鐘源和通道 2 的模式

? ? ? ? 按照如圖所示設定 TIM3 的參數。

? ? ? ? 之后和之前一樣設置 Debug、時鐘頻率 160Mhz、工程設置。直接生成代碼。

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六、API 接口

6.1?HAL_TIM_PWM_Start 函數

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)

1）功能

? ? ? ??HAL庫提供的用于開啟某個定時器下某個通道的PWM功能的函數

2）參數

????????htim：可以代表TIM3外設控制器的句柄

????????Channel：需要開啟PWM功能的通道

3）返回值

????????成功，返回 HAL_OK（0）

????????失敗，返回錯誤碼

6.2?__HAL_TIM_SET_COMPARE 宏函數

#define __HAL_TIM_SET_COMPARE(__HANDLE__, __CHANNEL__, __COMPARE__) \(((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_1) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCR1 = (__COMPARE__)) :\((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_2) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCR2 = (__COMPARE__)) :\((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_3) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCR3 = (__COMPARE__)) :\((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_4) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCR4 = (__COMPARE__)))

1）功能

????????HAL庫提供的用于設置捕獲/比較寄存器中數值的函數（向捕獲/比較寄存器中寫入值）

2）參數

????????__HANDLE__：TIM3外設控制器的句柄對象

????????__CHANNEL__：需要寫入數值的通道（1/2/3/4）

????????__COMPARE__：需要寫入到捕獲/比較寄存器中的值

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七、代碼

int main(void)
{/* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_TIM1_Init();MX_TIM3_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_2);/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){for(int i=100;i<=900;i+=100){__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_2,700);HAL_Delay(2000);}/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}