stm32mp1 Cortex M4開發(fā)篇6：TIM定時器中斷
寫在前面：
本文章為《ARM Cortex-M4裸機開發(fā)篇》系列中的一篇，，全系列總計14篇。筆者使用的開發(fā)平臺為華清遠見FS-MP1A開發(fā)板（STM32MP157開發(fā)板），Cortex-M4裸機開發(fā)篇除了講M4裸機開發(fā)外，還會講解通過M4控制資源擴展板上的各種傳感器執(zhí)行器模塊（包括空氣溫濕度傳感器、LED燈、數(shù)碼管、蜂鳴器、震動馬達、按鍵中斷、風扇等），本篇是M4控制資源擴展板中的一篇。
資源擴展板是FS-MP1A開發(fā)板的擴展模塊，主要包含了10余種助主流傳感器、執(zhí)行器件、總線控制器件，非常方便項目擴展用?？赏卣归_發(fā)智慧家庭、智能醫(yī)療、智能安防、工業(yè)控制、圖像識別、環(huán)境檢測等方向的10個左右綜合項目，華清遠見開發(fā)板也將配套提供所有項目的說明文檔、實驗源碼、應用程序等資料。
針對FS-MP1A開發(fā)板，除了Cortex-M4裸機開發(fā)篇外，還包括其他多系列教程，包括Cortex-A7開發(fā)篇、FreeRTOS篇、Linux基礎(chǔ)及應用開發(fā)篇、Linux系統(tǒng)移植篇、Linux驅(qū)動開發(fā)篇、硬件設(shè)計篇、人工智能機器視覺篇、Qt應用編程篇、Qt綜合項目實戰(zhàn)篇等。歡迎關(guān)注，更多stm32mp157開發(fā)教程及視頻，可加技術(shù)交流Q群459754978，感謝關(guān)注。
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1.資源擴展板介紹
1.1硬件介紹&資源擴展板可開發(fā)項目
2.Cortex-M4 TIM定時器中斷
2.1實驗目的
熟悉STM32CubeIDE工具軟件的使用。
掌握STM32CubeIDE軟件的基本設(shè)計流程和設(shè)計步驟，能夠使用工具進行設(shè)計、編程、仿真調(diào)試。
學習通用定時器的使用方法，掌握如何利用STM32MP157A芯片的通用定時器定時產(chǎn)生中斷。
2.2實驗環(huán)境
FS-MP1A開發(fā)平臺
ST-Link仿真器
STM32CubeIDE開發(fā)軟件
PC機 XP、Window7/10 (32/64bit)
2.3實驗原理
STM32系列微控制器具有多種定時器，其中包括基本定時器，通用定時器，高級定時器。
幾種定時器功能比較：
基本定時器：主要運用于定時器計數(shù)及驅(qū)動DAC
通用定時器：定時器定時計數(shù)、輸入捕獲、輸出比較、PWM輸出、使用外部信號控制定時器和定時器互連的同步電路
高級定時器：通用定時器的所有功能、帶死區(qū)控制和緊急剎車，可用于PWM控制電機
本章節(jié)實驗以通用定時器TIM3為例實現(xiàn)定時計數(shù)，計數(shù)到設(shè)置值后觸發(fā)中斷改變LED燈亮滅狀態(tài)。
從下圖可以看出定時器時鐘TIM3掛載在APB1時鐘總線上，在STM32CubeIDE軟件中可配置總線時鐘頻率來確定定時器時鐘。
基本定時器功能框圖
從上圖我們可以看到，基本定時器主要由下面幾部分組成
時鐘源
定時器要實現(xiàn)計數(shù)必須有個時鐘源，基本定時器時鐘只能來自內(nèi)部時鐘，高級控制定時器和通用定時器還可以選擇外部時鐘源或者直接來自其他定時器等模式。
控制器
定時器控制器控制實現(xiàn)定時器功能，控制定時器復位、使能、計數(shù)是其基礎(chǔ)功能，基本定時器還專門用于 DAC轉(zhuǎn)換觸發(fā)。
計數(shù)器
基本定時器計數(shù)過程主要涉及到三個寄存器內(nèi)容，分別是計數(shù)器寄存器(TIMx_CNT)、預分頻器寄存器(TIMx_PSC)、自動重載寄存器(TIMx_ARR)，這三個寄存器都是 16 位有效數(shù)字，即可設(shè)置值為 0至 65535。上圖中預分頻器 PSC，它有一個輸入時鐘 CK_PSC和一個輸出時鐘CK_CNT。輸入時鐘 CK_PSC 來源于控制器部分，基本定時器只有內(nèi)部時鐘源所以CK_PSC實際等于 CK_INT。在不同應用場所，經(jīng)常需要不同的定時頻率，通過設(shè)置預分頻器 PSC的值可以非常方便得到不同的 CK_CNT，實際計算為：fCK_CNT等于 fCK_PSC/(PSC[15:0]+1)。下圖中可看到將預分頻器 PSC的值從 1改為 4時計數(shù)器時鐘變化過程。原來是 1分頻，CK_PSC和 CK_CNT頻率相同。向 TIMx_PSC 寄存器寫入新值時，并不會馬上更新CK_CNT輸出頻率，而是等到更新事件發(fā)生時，把 TIMx_PSC 寄存器值更新到影子寄存器中，使其真正產(chǎn)生效果。更新為 4分頻后，在 CK_PSC 連續(xù)出現(xiàn) 4個脈沖后 CK_CNT 才產(chǎn)生一個脈沖。
基本定時器時鐘源分頻
在定時器使能(CEN 置 1)時，計數(shù)器 COUNTER根據(jù) CK_CNT頻率向上計數(shù)，即每來一個 CK_CNT脈沖，TIMx_CNT 值就加 1。當 TIMx_CNT值與 TIMx_ARR的設(shè)定值相等時就自動生成事件并 TIMx_CNT 自動清零，然后自動重新開始計數(shù)，如此重復以上過程。為此可見，我們只要設(shè)置 CK_PSC和 TIMx_ARR 這兩個寄存器的值就可以控制事件生成的時間，而我們一般的應用程序就是在事件生成的回調(diào)函數(shù)中運行的。在 TIMx_CNT 遞增至與 TIMx_ARR值相等，我們叫做為定時器上溢。自動重載寄存器 TIMx_ARR用來存放于計數(shù)器值比較的數(shù)值，如果兩個數(shù)值相等就生成事件，將相關(guān)事件標志位置位，生成 DMA和中斷輸出。TIMx_ARR 有影子寄存器，可以通過 TIMx_CR1 寄存器的 ARPE位控制影子寄存器功能，如果 ARPE 位置 1，影子寄存器有效，只有在事件更新時才把 TIMx_ARR值賦給影子寄存器。如果 ARPE位為 0，修改TIMx_ARR 值馬上有效。
定時器周期計算
經(jīng)過上面分析，我們知道定時事件生成時間主要由 TIMx_PSC 和 TIMx_ARR兩個寄存器值決定，這個也就是定時器的周期。比如我們需要一個 1s周期的定時器，具體這兩個寄存器值該如何設(shè)置內(nèi)。假設(shè)，我們先設(shè)置 TIMx_ARR寄存器值為 9999，即當 TIMx_CNT從 0開始計算，剛好等于 9999時生成事件，總共計數(shù) 10000次，那么如果此時時鐘源周期為 100us即可得到剛好 1s的定時周期。接下來問題就是設(shè)置 TIMx_PSC寄存器值使得 CK_CNT 輸出為 100us 周期(10000Hz)的時鐘。預分頻器的輸入時鐘 CK_PSC為 64MHz，所以設(shè)置預分頻器值為(6400-1)即可滿足
中斷時間：1/（TIMxCLK/(PSC+1)）* (ARR+1)
2.4實驗步驟
打開STM32CubeIDE->File->New->STM32 Project
可以在左側(cè)搜索框內(nèi)輸入芯片型號STM32MP157A進行搜索，選擇對應芯片，點擊Next
填寫工程名，點擊Finsh
點擊Yes打開配置頁面
配置TIM3，勾選Cortex-M4，Clock Source選擇Internal Clock
Configuration下依據(jù)時鐘頻率配置預分頻和計數(shù)值，NVIC使能
搜索框內(nèi)搜索LED對應GPIO引腳PZ5、PZ6、PZ7，左鍵點擊設(shè)置為GPIO_Output
這里我們需要注意一下，和其他單片機不同，還需要繼續(xù)設(shè)置“ Pin Reservation”給“ Cortex-M4”，否則STM32CubeMX不會生生成GPIO初始化相關(guān)代碼。具體操作：在剛才選擇的引腳上，鼠標右鍵選擇“ Pin Reservation”->“ Cortex-M4”。
在Code Generator處選擇為每個外設(shè)生成單獨的C和H文件，這樣設(shè)置方便閱讀代碼
完成以上設(shè)置后，Ctrl+S保存，會提示是否需要生成代碼，選擇Yes即可自動生成代碼。系統(tǒng)會自動生成System Clock代碼
可以在左側(cè)工程文件夾找到TIM_CM4子工程,打開main.c
添加定時器中斷回調(diào)函數(shù)
1234567void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){ if(htim->Instance == TIM3) //TIM3周期1s { HAL_GPIO_TogglePin(GPIOZ, GPIO_PIN_5); }}
main函數(shù)調(diào)用定時器中斷使能函數(shù)
上述為新建工程配置過程，可參考12.3.2章節(jié)進行導入已有工程，工程存放路徑【華清遠見-FS-MP1A開發(fā)資料\02-程序源碼\ARM體系結(jié)構(gòu)與接口技術(shù)\Cortex-M4\5_TIM】
配置完成或?qū)牍こ毯筮M行程序下載，具體步驟參考12.3.3節(jié)進行開發(fā)板連接，程序編譯、下載
2.5實驗現(xiàn)象
可看到LED燈間隔1S改變一次亮滅狀態(tài)
硬件平臺：華清遠見FS-MP1A開發(fā)板（STM32MP157）
部分開發(fā)教程下載：加QQ群459754978，群文件里有。
部分視頻課程收看：華清遠見研發(fā)中心的個人空間_嗶哩嗶哩_Bilibili
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