51 单片机的定时计数器

定时 / 计数器的核心部件是一个加法（或减法）计数器；若计数脉冲来自零碎时钟，则为定时形式；若计数脉冲来自单片机内部引脚，则为计数形式。

根本介绍

定时器：

• 定时器是 SOC 的外部外设。
• 定时器就是 CPU 的闹钟。

计数器：

• 单片机实现定时器其实质是用计数器来实现的。
• 计数器能够计算内部脉冲的个数。
• 当单片机计算外部脉冲个数时就相当于定时器，当计算内部脉冲个数就相当于计数器。

加法计数器和减法计数器：（51 单片机是加法计数器）

• 加法计数器：从咱们给定的值开始加，加到溢出，而后触发中断。

  • 例如：16 位定时器最大计数 65535 次，如果咱们想计数 50000 次，那么设置的 TH 和 TL 应设为 65535-50000 = 15535。

• 减法计数器；从咱们给定的值开始减，减到 0 就溢出，而后触发中断。

  • 例如：16 位定时器最大计数 65535 次，如果咱们想计数 50000 次，那么设置的 TH 和 TL 应设为 50000。

• 计算 TL 和 TH：

  • 首先确定定时工夫，time（例如 50ms）。
  • 确定外部时钟周期，因为是 12T 模式，晶振 12MHz，所以外部频率 1MHz，周期 1us。
  • 定时计个数 = time ÷ 周期。（50000）
  • TL1 = 个数 % 256（取余）；TH1 = 个数 / 256（取整）。

工作流程

1. 设置定时器时钟源（作定时器应用时，须要外部的脉冲，这个脉冲来源于时钟源）
2. 初始化定时器相干寄存器。
3. 设置定时工夫（计数个数）
4. 设置中断处理程序。
5. 关上定时器。
6. 运行时：定时器计数到设置值后产生中断，执行中断处理程序。

定时 / 计数器相干寄存器。

管制寄存器 TCON

• TF1：定时器 / 计数器 T1 溢出标记位。T1 被容许计数后，从初值开始加一，计数实现后由硬件置位，收回中断请求；中断响应后硬件主动复位。
• TR1：定时器 T1 容许管制位，由软件置位和清零。GATE（TMOD.7）= 0，TR1 = 1 时才容许 T1 开始计数。
• IE1：内部中断 1 申请源标记。IE1 = 1，内部中断向 CPU 申请中断，CPU 响应后由硬件清零。、
• IT1：内部中断 1 触发形式管制位。IT1 = 0 时，内部中断 1 为低电平触发形式；IT1 = 1 时，内部中断 1 为高电平触发形式。

工作模式寄存器 TMOD

• GATE（TMOD.7）：与 TCON.6（TR1）配合管制定时器运行
• C/T（TMOD.6）: 管制定时器 1 用作定时器还是计数器。清零用作定时器，置一用作计数器。
• M1/M0（TMOD.5/TMOD4）: 定时计数器模式抉择位。
• （00）模式 0(13 位定时器 / 计数器)；（01）模式 1(16 位定时器 / 计数器模式)；（10）模式 2(8 位主动重装模式)；（11）模式 3(两个 8 位定时器 / 计数器)。

示例代码

//TIM1 定时器初始化
void TIM1_Init()
{
    TMOD = 0x10;           // T0 设置工作在定时器模式下，模式一 16 位定时器
    TL1 = (65535 - 50000) % 256;    
    TH1 = (65535 - 50000) / 256;
    TR1 = 1;            // 开启计数器，开始计数了
    ET1 = 1;            // 开启 T1 中断
    EA = 1;                // 开启中断总开关

    count = 10;            // 10 次，对应 500ms
}

//TIM1 中断处理程序；定时 500ms
void timer1_isr(void) interrupt 1 using 1
{TL1 = (65535 - 50000) % 256;    
    TH1 = (65535 - 50000) / 256;            // 手工重装载计数值
    // 因为模式一不能主动重装载，所以要手工重装载计数值。if (count-- == 0)
    {
        // 阐明曾经中断了 10 次了，500ms 到了，该干活了
        LED = !LED;                // LED 取反
        count = 10;
    }
}

STM32 单片机的定时 / 计数器

独立看门狗（IWDG）

• 当计数器达到给定的超时值时会产生零碎复位。
• 独立看门狗 (IWDG) 由专用的低速时钟 (LSI) 驱动，即便主时钟产生故障它也依然无效。
• 独立看门狗（IWDG）是减法计数器。
• 看门狗被激活后，则在计数器计数至 0x000 时产生复位（复位的意思是指从 0xfff 开始递加）
• 独立看门狗能够在任何时候进行喂狗操作。喂狗后，计数器从设定的值开始计数。
• IWDG 最适宜利用于那些须要看门狗作为一个在主程序之外（次要是为了避免程序跑飞），可能齐全独立工作，并且对工夫精度要求较低的场合。

窗口看门狗（WWDG）

• 当计数器达到给定的超时值时会产生零碎复位或触发一个中断。
• 窗口看门狗由从 APB1 时钟分频后失去的时钟驱动。
• 窗口看门狗（WWDG）是减法计数器。
• 窗口看门狗（WWDG）喂狗工夫有严格控制。必须要在规定的工夫内（窗口）喂狗才无效。如果在其余工夫喂狗则会产生复位，如果在窗口没有喂狗，则计数完后也会产生复位。
• WWDG 最适宜那些要求看门狗在准确计时窗口起作用的应用程序。

通用定时器(TIMx)（(TIM2、TIM3、TIM4、TIM5）

TIMx 简介

• 16 位向上（加法计数）、向下（减法计数）、向上 / 向下主动装载计数器。
• 向上 / 向下计数（地方对齐模式）：计数器从 0 加到（设定值 -1）触发溢出中断，再从（设定值 -1）减到 1 触发下溢中断。
• 加法计数和减法计数：例如想计数 500 次，加法计数器是从 0 开始计数到 500，而减法计数器是从 500 减到 0。
• 性能：输出捕捉、输入比拟、PWM。
• 16 位可编程 (能够实时批改) 预分频器，计数器时钟频率的分频系数为 1～65536 之间的任意数值。（计数器的时钟频率是由下级频率通过预分频器分频失去的，下级频率每个定时器可能不同，可能是 APB1 或 APB2，下级频率设置办法请查看另外一篇文章“STM32 时钟体系”）
• 计数器、主动装载寄存器和预分频器寄存器能够由软件读写，在计数器运行时仍能够读写。
• 计数器由预分频器的时钟输入 CK_CNT 驱动，仅当设置了计数器 TIMx_CR1 寄存器中的计数器使能位 (CEN) 时，CK_CNT 才无效。

• 主动重装载寄存器、预装载寄存器、影子寄存器、计数器关系：（集体了解，不肯定对）

  • ARPE：管制寄存器 1(TIMx_CR1)中预装载寄存器容许位。（0：不应用预装载寄存器）
  • 计数器是计算次数的，而影子寄存器则是用来与计数器做比拟的。（实用于加法计数中）
  • 例如：以后计数值为 500，当初想将计数个数改为 1000。
  • 当 APRE 为 0 时：先将 1000 写入主动重装载寄存器，主动重装载寄存器立马将 1000 装入影子寄存器中。以后计数到 1000 后才触发中断，而不是 500。
  • 当 APRE 为 1 时：先将 1000 写入主动重装载寄存器，主动重装载寄存器将 1000 写入预装载寄存器中，当此次计数实现即计数到 500 后触发中断，预装载寄存器才将 1000 写入影子寄存器中。下次计数到 1000 触发中断。

TIMx 寄存器形容

管制寄存器 1(TIMx_CR1)

• 复位值：0x0000
  
• CKD: 时钟分频因子
• ARPE：主动重装载预装载容许位（1：容许预装载）
• CMS：抉择地方对齐模式。
• DIR：抉择计数方向（0 上 1 下）
• URS：URS：更新申请源（1：如果使能了更新中断或 DMA 申请，则只有计数器溢出 / 下溢才产生更新中断或 DMA 申请）
• UDIS：禁止更新（1：禁止更新，不触发任何中断或事件）
• CEN：使能计数器（1：使能计数器）

DMA/ 中断使能寄存器(TIMx_DIER)

• 复位值：0x0000
  
• TDE：容许触发 DMA 申请（1：容许）
• UDE：容许更新的 DMA 申请（1：容许）
• TIE：触发中断使能（1：使能触发中断）
• UIE：容许更新中断（1：容许更新中断）
• 中断服务程序程序执行完当前，要把中断关上（即把标记地位位），以便下一次还能触发该中断。这就是更新中断。

状态寄存器(TIMx_SR)

• 复位值：0x0000
  
• TIF：触发器中断标记（当产生触发事件时由硬件对该地位一，它由软件清零）（1：触发器中断期待响应）
• UIF：更新中断标记（当产生更新事件时该位由硬件置一。它由软件清零）（1：更新中断期待响应）

事件产生寄存器(TIMx_EGR)

• 复位值:0x0000
  
• TG：产生触发事件，由软件置一硬件清零（1：当 TIMx_SR 寄存器的 TIF=1，若开启对应的中断和 DMA，则产生相应的中断和 DMA。）
• UG：产生更新事件，由软件置一硬件清零（1：从新初始化计数器，并产生一个更新事件。）

示例

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : TIM4_Init
* 函数性能           : TIM4 初始化函数
* 输    入         : per: 重装载值
                     psc: 分频系数
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void TIM4_Init(u16 per,u16 psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);// 使能 TIM4 时钟
    
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=per;   // 主动装载值
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=psc; // 分频系数
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;            // 设置 CKD 时钟分频因子
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; // 设置向上计数模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseInitStructure);
    
    TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE); // 开启定时器中断
    TIM_ClearITPendingBit(TIM4,TIM_IT_Update);    // 革除中断挂起位
    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;// 定时器中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;// 抢占优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =3;        // 子优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;            //IRQ 通道使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);    
    
    TIM_Cmd(TIM4,ENABLE); // 使能定时器    
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : TIM4_IRQHandler
* 函数性能           : TIM4 中断函数
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void TIM4_IRQHandler(void)
{if(TIM_GetITStatus(TIM4,TIM_IT_Update))
    {led2=!led2;}
    TIM_ClearITPendingBit(TIM4,TIM_IT_Update);    
}