零基础入门STM32编程（七）——定时器篇（HAL）
前情回顾
上一篇讲解了HAL库函数点灯，初步学习了如何使用CUBE MX创建工程文件，以及文末送出了获取HAL库函数API手册方法的小福利，本篇将继续学习HAL库函数中的定时器API使用方法。
一 初识定时器
上一篇讲解了使用HAL库函数点灯，在上一篇中我们使用了HAL_DELAY函数的延时作用实现了每个1s点亮LED灯，再每隔1s熄灭LED灯。本节将使用定时器的方式实现该功能。
STM32F103R6T单片机有3个定时器，分别挂载在不同的总线上，关于总线的知识点请参见系列教程--总线篇。TIM2、TIM3挂载在APB1总线上，TIM1挂载在APB2总线上。从下图可知，APB2总线速率即时钟频率可到72MHz，是APB1总线的2倍。
TIM1为高级定时器，可测量输入信号的脉冲长度和产生输出波形；TIM2、TIM3为通用型定时器。
3个定时器均各有4个通道，每个定时器的4个通道内定了各自对应的芯片引脚。
二 高级定时器
2.1 常用寄存器种类
定时器每次达到要求后，便会产生一次更新事件，例如，结合项目要求，每次计时满1s后，产生一次更新事件，该事件负责点亮灯。
更新事件的更新周期计算公式如下：
其中，TIM_CLK是定时器的时钟输入；
PSC为16位预置数寄存器 (TIM1_PSC)；
ARR 为16位自动重载寄存器 (TIM1_ARR)；
RCR为16位重复计数器。
Update_event = 72*106/((1 + 1)*(65535 + 1)*(1))
Update_event = 549.3 Hz
下图为高级定时器TIM1的原理框图，主要模块是时基单元，该单元由
a)计数寄存器 (TIM1_CNT)
b)预置数寄存器 (TIM1_PSC)
预置器可对计数器的时钟进行分频，分频因子范围为1至65536，配置数据写入TIMx_PSC register寄存器。
计数器的时钟频率（CK_CNT）=预置数的时钟频率（CK_PSC）/(PSC[15:0]+1)，因为这里是从0开始，为了表示分频因子范围为1至65536，所以需要加1。
计数器的时钟频率（CK_CNT）由预置数寄存器的值决定，然后计数器按照该时钟频率（CK_CNT）的节拍进行计数，结果存入计数寄存器 (TIM1_CNT)。
可知，预置数寄存器的作用就是决定计数器的时钟频率（CK_CNT）。
注：需先将TIMx_CR1的CEN使能位置1。
c)自动重载寄存器 (TIM1_ARR)
该寄存器的作用是决定了计数器的计数范围。
回顾计数器的使用方法：
在使用计数器TIMER时，先确定计数器的计数周期也就是时钟周期，接着确定计数器的计数范围。
这里的计数范围就是由自动重载寄存器 (TIM1_ARR)决定的，同时每计满一次数便产生一次更新事件（UEV）。
如下图所示，如果TIM1_EGR寄存器的UG位置1也可产生一次更新事件（UEV）。
d)重复计数寄存器 (TIM1_RCR)等共四个寄存器组成，（TIM1共有19个寄存器）。
该寄存器的作用有以下两种：
1）预装载器有效时，可建立比较寄存器的更新速率；
2）相应中断使能时，可设置更新中断产生速率。
REP_CNT向下计数为0时就会产生更新事件，就会重新按照TIM1_RCR寄存器中设置的REP值开始新的计数。
该寄存器决定了重复计数的次数。
例如，计数器每次计数至5，一共需要重复20次，那么重复计数寄存器 (TIM1_RCR)需要设置为19（TIMx_RCR+1），自动重载寄存器 (TIM1_ARR)的值需要设置成5。
2.2 计数模式
计数器的计数模式有向上计数、向下计数和中间计数三种模式。
2.3 时钟输入源
上节描述可知，三种定时器都挂载不两种总线上，这两种总线其具有共同的时钟源。时钟源可分来以下两种：
- 内部时钟
- 外部时钟
因此，上式中的TIM_CLK可以有三种不同的选择时钟源。
三 定时器工作模式
定时器有4个通用模式，分别为：
- 输入捕捉模式
- 输出比较模式
- PWM模式
- 单脉冲模式
3.1 输入捕捉模式
该模式可用来测量外部信号，原理是：根据定时器时钟、预分频器和定时器分辨
率，可推导出最大测量周期。按照以下步骤配置寄存器：
a) 通过将 CCMRx 寄存器中的 CCxS 位置 1 选择有效输入。
b)通过对 CCMRx 寄存器中的 IC1F[3:0] 位执行写操作以编程滤波器，并通过对
IC1PSC[1:0] 位执行写操作以编程预分频器。
c)通过对 CCxNP/CCxP 位执行写操作以编程极性，即选择上升沿触发、下降沿触发或边沿
触发。
d)当输入通道检测到相应的计数器的值发生转变时，可使用输入捕捉模块进行捕捉。要获取外
部信号周期，需连续进行两次捕捉。通过将两次捕捉到的值相减可计算得到周期。
周期 = 捕捉(1) /(TIMx_CLK *(PSC+1)*(ICxPSC)*polarity_index(2))
两次连续捕捉值 CCRx_tn 和 CCRx_tn+1 的捕捉差值：
● 如果 CCRx_tn < CCRx_tn+1 ：捕捉 = CCRx_tn+1 - CCRx_tn
● 如果 CCRx_tn > CCRx_tn+1 ：捕捉 = (ARR_max - CCRx_tn) + CCRx_tn+1
如果使用上升沿触发或下降沿触发，则极性指数为 1 ；而如果选择边沿触发，则极性指数为 2 。
3.2 定时器PWM模式
在边沿对齐模式或中心对齐模式下，这种定时器可在每个通道上单独生成 PWM 。其中：频
率由 TIMx_ARR 寄存器的值确定，占空比由 TIMx_CCRx 寄存器的值确定。
● 递增计数时，只要 CNT < CCRx，便激活通道 x ，否则禁止通道 x 。
● 递减计数时，只要 CNT > CCRx，便禁止通道 x ，否则激活通道 x 。
● 递增计数时，只要 CNT < CCRx，便禁止通道 x ，否则激活通道 x 。
● 递减计数时，只要 CNT > CCRx，便激活通道 x ，否则禁止通道 x 。
要将定时器配置为该模式：
1. 配置输出引脚：
a) 通过对 CCMRx 寄存器中的 CCS 位执行写操作以选择输出模式。
b) 通过对 CCER 寄存器中的 CCxP 位执行写操作以选择极性。
2. 通过对 CCMRx 寄存器中的 OCxM 位执行写操作以选择 PWM 模式（PWM1 或 PMW2）。
3. 分别在 ARR 和 CCRx 寄存器中编程周期和占空比。
4. 将 CCMRx 寄存器中的预装载位置 1 ，然后将 CR1 寄存器中的 ARPE 位置 1 。
5. 选择计数模式：
a) PWM 边沿对齐模式：计数器必须配置为递增计数或递减计数模式。
b) PWM 中心对齐模式：定时器模式必须为中心对齐计数模式（CMS 位不为“00”）。
6. 使能捕捉比较。
7. 使能计数器。
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