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|  V1.0  |  2020-07-04  |  gingko  |  初次建立  | 


===== 实验十二：通用定时器实验——定时点亮LED =====

==== 一、 实验目的与意义 ====
  - 了解STM32 TIMER结构。
  - 了解STM32 TIMER特征。
  - 掌握通用定时器的使用方法。
  - 掌握STM32 HAL库中TIMER属性的配置方法。
  - 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====
  - iCore4 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&id=551864196684|点击购买]]。
  - JLINK（或相同功能）仿真器[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]]。
  - Micro USB线缆。
  - Keil MDK 开发平台。
  - STM32CubeMX开发平台。
  - 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
==== 三、 实验原理 ====

=== 1、用定时器简介 ===

  * STM32F767的通用定时器包含一个16位或32位自动重载计数器（CNT），该计数器由可编程预分频器（PSC）驱动。STM32F767的通用定时器可以被用于：测量输入信号的脉冲长度(输入捕获)或者产生输出波形(输出比较和PWM)等。使用定时器预分频器和RCC时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。STM32F767的每个通用定时器都是完全独立的，没有互相共享的任何资源。
  * STM32的通用TIMx(TIM2~TIM5和TIM9~TIM14)定时器功能包括：
    * （1）16位/32位(仅TIM2和TIM5)向上、向下、向上/向下自动装载计数（TIMx_CNT），注意：TIM9~TIM14只支持向上（递增）计数方式。
    * （2）16位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx_PSC)，计数器时钟频率的分频系数为1～65535之间的任意数值。
    * （3）4个独立通道（TIMx_CH1~4，TIM9~TIM14最多2个通道），这些通道可以用来作为：
      * A．输入捕获
      * B．输出比较
      * C．PWM生成(边缘或中间对齐模式)，注意：TIM9~TIM14不支持中间对齐模式
      * D．单脉冲模式输出
    * （4）可使用外部信号（TIMx_ETR）控制定时器和定时器互连（可以用1个定时器控制另外一个定时器）的同步电路。
    * （5）如下事件发生时产生中断/DMA（TIM9~TIM14不支持DMA）：
      * A．更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)
      * B．触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)
      * C．输入捕获
      * D．输出比较
      * E．支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路（TIM9~TIM14不支持）
      * F．触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理（TIM9~TIM14不支持）
=== 2、时基单元 ===

  * 可编程定时器的主要模块由一个16位/32位计数器及其相关的自动重装寄存器组成。计数器可递增计数、递减计数或同时递增和递减计数。计数器的时钟可通过预分频器进行分频。计数器、自动重载寄存器和预分频器寄存器可通过软件进行读写。即使在计数器运行时也可执行读写操作。
  * 时基单元包括：
    *  计数器寄存器(TIMx_CNT)
    *  预分频器寄存器(TIMx_PSC)
    *  自动重载寄存器(TIMx_ARR)
  * 自动重载寄存器是预装载的。对自动重载寄存器执行写入或读取操作时会访问预装载寄存器。预装载寄存器的内容既可以直接传送到影子寄存器，也可以在每次发生更新事件(UEV)时传送到影子寄存器，这取决于TIMx_CR1寄存器中的自动重载预装载使能位(ARPE)。当计数器达到上溢值（或者在递减计数时达到下溢值）并且TIMx_CR1寄存器中的UDIS位为0时，将发送更新事件。该更新事件也可由软件产生。计数器由预分频器输出CK_CNT提供时钟，仅当TIMx_CR1寄存器中的计数器启动位(CEN)置1时，才会启动计数器。注意，实际的计数器使能信号CNT_EN在CEN置1的一个时钟周期后被置1。
=== 3、相关寄存器 ===

  * （1）控制寄存器1（TIMx_CR1），该寄存器的各位描述如图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_12_1.png?direct |}}
      * 在本实验中，我们只用到了TIMx_CR1的最低位，也就是计数器使能位，该位必须置 1，才能让定时器开始计数。
  * （2）DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER），该寄存器是一个16位的寄存器，其各位描述如图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_12_2.png?direct |}}
      * 这里我们同样仅关心它的第0位，该位是更新中断允许位，实验中用到的是定时器的更新中断，所以该位要设置为1，来允许由于更新事件所产生的中断。
  * （3）预分频寄存器（TIMx_PSC）。该寄存器用来设置对时钟进行分频，然后提供给计数器，作为计数器的时钟。该寄存器的各位描述如图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_12_3.png?direct |}}
  * 这里，定时器的时钟来源有4个：
    *  内部时钟（CK_INT）
    *  外部时钟模式1：外部输入脚（TIx）
    *  外部时钟模式2：外部触发输入（ETR），仅适用于TIM2、TIM3、TIM4
    *  内部触发输入（ITRx）：使用A定时器作为B定时器的预分频器（A为B提供时钟）。
  * 这些时钟，具体选择哪个可以通过TIMx_SMCR寄存器的相关位来设置。这里的CK_INT时钟是从APB1倍频的来的，除非APB1的时钟分频数设置为1（一般都不会是1），否则通用定时器TIMx的时钟是APB1时钟的2倍，当APB1的时钟不分频的时候，通用定时器TIMx的时钟就等于APB1的时钟。这里还要注意的就是高级定时器以及TIM9~TIM11的时钟不是来自APB1，而是来自APB2的。
  * （4）自动重装载寄存器（TIMx_ARR），该寄存器在物理上实际对应着2个寄存器。一个是程序员可以直接操作的，另外一个是程序员看不到的，这个看不到的寄存器在《STM32F7中文参考手册》里面被叫做影子寄存器。事实上真正起作用的是影子寄存器。根据TIMx_CR1寄存器中APRE位的设置：APRE=0时，预装载寄存器的内容可以随时传送到影子寄存器，此时2者是连通的；而APRE=1时，在每一次更新事件（UEV）时，才把预装载寄存器（ARR）的内容传送到影子寄存器。自动重装载寄存器的各位描述如图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_12_4.png?direct |}}
  * （5）状态寄存器（TIMx_SR），该寄存器用来标记当前与定时器相关的各种事件/中断是否发生。该寄存器的各位描述如图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_12_5.png?direct |}}
  * 只要对以上几个寄存器进行简单的设置，我们就可以使用通用定时器了，并且可以产生中断。
  * 本实验中，通过STM32的三个GPIO口来驱动LED灯的三个通道，设定GPIO为推挽输出模式，采用灌电流的方式与LED连接，输出高电平LED灭，输出低电平LED亮，通过通用定时器TIM3实现500ms定时，每500ms变换一次LED颜色。
==== 四、 实验程序 ====
=== 1、主函数 ===
<code c>
int main(void)
{
    system_clock.initialize();//初始化系统时钟
    led.initialize();         //LED初始化
    timer3.initialize();      //timer3初始化 

    while(1);
}
 
</code>
=== 2、定时器初始化 ===
<code c>
static int initialize(void)
{
  //定时1s
  htim3.Instance = TIM3;
  htim3.Init.Prescaler = 21599; //预分频系数
  htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; //向上计数模式
  htim3.Init.Period = 4999;   //自动装载值
  htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; //时钟分频因子
  htim3.Init.AutoReloadPreload=TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;//自动装载使能
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim3) != HAL_OK) //初始化定时器参数
  {
    while(1);
  }
  //使能定时器更新中断和使能定时器
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
  return 0;
}

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  /* 检查参数 */
  assert_param(IS_TIM_INSTANCE(htim->Instance));
  /* 使能定时器更新中断 */
  __HAL_TIM_ENABLE_IT(htim, TIM_IT_UPDATE);
  /* 使能外围设备 */
  __HAL_TIM_ENABLE(htim);
  /* 返回函数状态*/
  return HAL_OK;
}
 
</code>
=== 3、TIM3中断优先级设置 ===
  * HAL中定时器使能是通过宏定义标识符来实现对相关寄存器操作的。在定时器中断使能之后，因为要产生中断，必不可少的要设置 NVIC 相关寄存器，设置中断优先级。和串口等其他外设一样， HAL库为定时器初始化定义了回调函数 HAL_TIM_Base_MspInit。一般情况下，与MCU有关的时钟使能，以及中断优先级配置我们都会放在该回调函数内部。
<code c>
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle)
{
  if(tim_baseHandle->Instance==TIM3)
  {
    /* TIM3时钟使能 */
    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();

    /* 初始化中断 */
    HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn, 1, 3);//设置中断优先级
    HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);//开启中断
  }
}

</code>
=== 4、中断服务函数 ===
  * 我们通过重写中断回调函数，来处理定时器产生的相关中断。
<code c>
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    static int counter = 0;

    if(counter % 3 == 0){
        LED_RED_ON;
        LED_BLUE_OFF;
        LED_GREEN_OFF;
    }else if(counter % 3 == 1){
        LED_RED_OFF;
        LED_BLUE_ON;
        LED_GREEN_OFF;
    }else if(counter % 3 == 2){
        LED_RED_OFF;
        LED_BLUE_OFF;
        LED_GREEN_ON;
    }
    counter ++;
}
</code>
==== 五、 实验步骤 ====

  - 把仿真器与iCore4的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
  - 把iCore4通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4供电；
  - 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
  - 烧写程序到iCore4上；
  - 也可以进入Debug 模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。
==== 六、 实验现象 ====
  * 三色LED每隔1s循环点亮。