08-CubeMx+Keil+Proteus模擬STM32 -定時器(一)

来源:https://www.cnblogs.com/sheepeach/archive/2022/05/09/STM32F103_TIM_01.html
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本文例子參考《STM32單片機開發實例——基於Proteus虛擬模擬與HAL/LL庫》 源代碼:https://github.com/LanLinnet/STM33F103R6 項目要求 通過定時器延時(阻塞)的方式,實現LED燈以1秒為周期閃爍。 硬體設計 在第一節的基礎上,在Proteus中添加 ...


本文例子參考《STM32單片機開發實例——基於Proteus虛擬模擬與HAL/LL庫》
源代碼:https://github.com/LanLinnet/STM33F103R6

項目要求

通過定時器延時(阻塞)的方式,實現LED燈以1秒為周期閃爍。

硬體設計

  1. 第一節的基礎上,在Proteus中添加電路如下圖所示。

  2. 要對晶元進行設置,我們首先要瞭解定時器的工作機制。

    (1)定時器概述
    STM32F103系列單片機最多支持8個定時器,其中STM32F103R6單片機內部僅保留TIM1、TIM2和TIM3這3個定時器,其中TIM1是高級定時器,TIM2和TIM3是普通定時器。

    • 普通定時器除具備基本的定時功能外,還可以為DAC提供一個觸發通道,增加了輸入捕獲、輸出比較、單脈衝輸出、PWM信號輸出、正交編碼器等功能。
    • 高級定時器在具備普通定時器的功能的基礎上,還增加了可輸出帶死區控制的互補PWM信號、緊急制動、定時器同步等功能,最多可以輸出6路PWM信號。
      在本項目中我們使用普通定時器TIM3。


    (2)基本定時功能
    本次項目中我們只需要採用定時器的基本定時功能即可,其本質上就是對周期性脈衝信號進行計數。STM32晶元的時鐘源有很多,我們簡單列舉一下:

    • 低速內部時鐘LSI:一般由內部RC振蕩器提供,多用於RTC和看門狗電路。
    • 低速外部時鐘LSE:一般由外部晶振提供,多用於實時時鐘,頻率一般為32.768kHz。
    • 高速內部時鐘HSI:一般由內部RC振蕩器提供,多用於系統時鐘和PLL輸入,頻率一般為8MHz。
    • 高速外部時鐘HSE:一般由外部晶振提供(4~16MHz,多為8MHz),用於系統時鐘和PLL輸入。


    (3)計數模式
    定時器有3種不同的計數模式,即向上計數、向下計數和中央對齊(向上/向下)計數模式。這裡我們採用向上計數模式,從預設初始值0開始做加法計數,加到預設值之後產生一次溢出事件,自動複位至初始值0,之後開始新一輪的計數。

    下麵是STM32F103R6晶元的時鐘樹,由圖可知TIM3的時鐘源來自APB1(Advanced Peripheral Bus1, 高級外設匯流排1),其時鐘頻率我們後面會在CubeMX中進行配置。


    (4)時間計算
    定時器有3種不同的計數模式,即向上計數、向下計數和中央對齊(向上/向下)計數模式。這裡我們採用向上計數模式,從預設初始值0開始做加法計數,加到預設值之後產生一次溢出事件,自動複位至初始值0,之後開始新一輪的計數。
    APB1 Timer clocks脈衝經過1個TIM3的專屬預分頻器分頻之後就會成為TIM3的計數脈衝,預分頻參數保存在一個16位的寄存器TIM3_PSC(簡稱PSC)中。
    已知APB1 Timer clocks脈衝的頻率為\(f_{CLK}\),TIM3的計數脈衝周期為\(T_{CNT}\),預分頻參數為PSC,那麼有公式如下:

    \(T_{CNT}=\frac{PSC+1}{f_{CLK}}\)

    又因為STM32單片機所有的定時器都是16位定時器,其計數範圍為0~65535,那麼我們就可以根據實際需要設計定時器的預設值,也就是自動重載寄存器TIM3_ARR(簡稱ARR)的值,此時TIM3採用向上計數的模式,那麼其一次溢出時間(或者說一個計數周期)\(T_{OUT}\)就可以由上面的公式變為:

    \(T_{OUT}=T_{CNT}\left(ARR+1\right)=\frac{\left(PSC+1\right)\left(ARR+1\right)}{f_{CLK}}\)

    如果時鐘頻率採用預設的8MHz,我們不妨設置PSC為7999,那麼此時可以計算出TIM3的計數脈衝周期為\(T_{CNT}\)恰好為1ms

    \(T_{CNT}=\frac{PSC+1}{f_{CLK}}=\frac{7999+1}8=1000\mu s=1ms\)

    由於我們設定的LED燈閃爍周期為1秒,那麼亮或滅一次狀態的持續時間就是500ms,TIM3的計數脈衝周期為1ms,所以一個狀態需要計數500次。又因為本項目我們採用的是定時器阻塞的編程方式,我們只需要通過迴圈不斷檢測當前計數值是否到了500即可。正因為如此,定時器一次溢出時間就需要大於500ms(不然計數永遠達不到500)。我們不妨設置ARR為999,這時套用上面的公式有

    \(T_{OUT}=T_{CNT}\left(ARR+1\right)=1000\times\left(999+1\right)=10^6\mu s=1s\)

    滿足條件。

  3. 打開CubeMX,建立工程。我們首先將PC0管腳設置為GPIO_Output。
    隨後對定時器進行設置:點擊“Categories”中的“Timer”列表,選中“TIM3”。在“TIM3 Mode and Configuration”視窗中設置“Clock Source”為Internal Clock,設置“PSC”為7999,“Counter Period”為999

    接下來點擊“Clock Configuration”進入時鐘配置界面,這裡我們採用預設設定的8MHz。

  4. 點擊“Generator Code”生成Keil工程。

軟體編寫

  1. 本次我們需要實現定時器阻塞延時使得LED燈閃爍,需要用到定時器運行和定時器停止函數,其API文檔如下:
    HAL_TIM_Base_Start 定時器運行

    HAL_TIM_Base_Stop 定時器停止

    此外,還需要使用巨集定義為定時器設定初始計數值__HAL_TIM_SET_COUNTER和獲取定時器當前計數值__HAL_TIM_GET_COUNTER,我們可以在“stm32f1xx_hal_tim.h”文件中找到這兩個巨集定義。

  2. 點擊“Open Project”在Keil中打開工程,雙擊“main.c”文件。

  3. 我們需要設置一個自定義延時函數,輸入數值n,可以以定時器阻塞的方式延時n ms。首先在main.c文件的最上面聲明這個函數。

    /* Private user code ---------------------------------------------------------*/
    /* USER CODE BEGIN 0 */
    void My_Delay_ms(uint16_t nms);   //聲明自定義函數
    /* USER CODE END 0 */
    

    /* USER CODE BEGIN 4 *//* USER CODE END 4 */之間插入該自定義函數,代碼如下

    /* USER CODE BEGIN 4 */
    //自定義函數
    void My_Delay_ms(uint16_t nms)
    {
    	uint16_t counter = 0;
    	__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3, 0);  //為定時器TIM3設定初始計數值0
    	HAL_TIM_Base_Start(&htim3);  //運行定時器
    	do
    	{
    		counter = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3);  //當計數值小於nms時,一直迴圈獲取定時器當前計數值
    	}
    	while(counter < nms);
    	HAL_TIM_Base_Stop(&htim3);  //到nms時停止定時器TIM3
    		
    }
    /* USER CODE END 4 */
    

    最後,我們在while迴圈中添加下麵的代碼

    /* USER CODE BEGIN WHILE */
    while (1)
    {
      HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_0);   //PC0引腳電平翻轉
      My_Delay_ms(500);   //延時500ms
    /* USER CODE END WHILE */
    
    /* USER CODE BEGIN 3 */
    }
    /* USER CODE END 3 */
    

聯合調試

  1. 點擊運行,生成HEX文件。
  2. 在Proteus中載入相應HEX文件,點擊運行,LED燈以1秒為周期閃爍。

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