【STM32F407開發板用戶手冊】第26章 STM32F407的定時器應用之TIM1-TIM14的中斷實現

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第26章 STM32F407的定時器應用之TIM1-TIM14的中斷實現

本章教程為大家講解定時器應用之TIM1 – TIM14所有定時器的周期性中斷實現。實際項目中用到的地方較多，特別是周期性的事件查詢。

26.1 初學者重要提示

26.2 定時器中斷的驅動設計

26.3 定時器板級支持包（bsp_tim_pwm.c）

26.4 定時器驅動移植和使用

26.5 實驗例程設計框架

26.6 實驗例程說明（MDK）

26.7 實驗例程說明（IAR）

26.8 總結

26.1 初學者重要提示

學習本章節前，務必優先學習第25章，HAL庫的幾個常用API均作了講解和舉例。
實際應用中，中斷入口函數名稱不要寫錯，有些中斷的入口函數名稱比較特殊，詳情可看本章的2.2小節。

26.2 定時器中斷的驅動設計

定時器中斷的實現相對比較簡單，僅需一個函數即可實現TIM1-TIM14定時器的中斷更新配置。

26.2.1 定時器中斷初始化

實現代碼如下：

1.    /*
2.    ******************************************************************************************************
3.    *    函 數 名: bsp_RCC_TIM_Enable
4.    *    功能說明: 使能TIM RCC 時鍾
5.    *    形    參: TIMx TIM1 - TIM14
6.    *    返 回 值: 無
7.    ******************************************************************************************************
8.    */
9.    void bsp_RCC_TIM_Enable(TIM_TypeDef* TIMx)
10.    {
11.        if (TIMx == TIM1) __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE();
12.        else if (TIMx == TIM2) __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();
13.        else if (TIMx == TIM3) __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();
14.        else if (TIMx == TIM4) __HAL_RCC_TIM4_CLK_ENABLE();
15.        else if (TIMx == TIM5) __HAL_RCC_TIM5_CLK_ENABLE();
16.        else if (TIMx == TIM6) __HAL_RCC_TIM6_CLK_ENABLE();
17.        else if (TIMx == TIM7) __HAL_RCC_TIM7_CLK_ENABLE();
18.        else if (TIMx == TIM8) __HAL_RCC_TIM8_CLK_ENABLE();
19.        else if (TIMx == TIM9) __HAL_RCC_TIM9_CLK_ENABLE();
20.        else if (TIMx == TIM10) __HAL_RCC_TIM10_CLK_ENABLE();
21.        else if (TIMx == TIM11) __HAL_RCC_TIM11_CLK_ENABLE();
22.        else if (TIMx == TIM12) __HAL_RCC_TIM12_CLK_ENABLE();
23.        else if (TIMx == TIM13) __HAL_RCC_TIM13_CLK_ENABLE();
24.        else if (TIMx == TIM14) __HAL_RCC_TIM14_CLK_ENABLE();
25.        else
26.        {
27.            Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
28.        }    
29.    }
30.    
31.    /*
32.    ******************************************************************************************************
33.    *    函 數 名: bsp_RCC_TIM_Disable
34.    *    功能說明: 關閉TIM RCC 時鍾
35.    *    形    參: TIMx TIM1 - TIM14
36.    *    返 回 值: TIM外設時鍾名
37.    ******************************************************************************************************
38.    */
39.    void bsp_RCC_TIM_Disable(TIM_TypeDef* TIMx)
40.    {
41.        /*
42.            APB1 定時器有 TIM2, TIM3 ,TIM4, TIM5, TIM6, TIM7, TIM12, TIM13, TIM14 
43.            APB2 定時器有 TIM1, TIM8 ,TIM9, TIM10, TIM11
44.        */
45.        if (TIMx == TIM1) __HAL_RCC_TIM3_CLK_DISABLE();
46.        else if (TIMx == TIM2) __HAL_RCC_TIM2_CLK_DISABLE();
47.        else if (TIMx == TIM3) __HAL_RCC_TIM3_CLK_DISABLE();
48.        else if (TIMx == TIM4) __HAL_RCC_TIM4_CLK_DISABLE();
49.        else if (TIMx == TIM5) __HAL_RCC_TIM5_CLK_DISABLE();
50.        else if (TIMx == TIM6) __HAL_RCC_TIM6_CLK_DISABLE();
51.        else if (TIMx == TIM7) __HAL_RCC_TIM7_CLK_DISABLE();
52.        else if (TIMx == TIM8) __HAL_RCC_TIM8_CLK_DISABLE();
53.        else if (TIMx == TIM9) __HAL_RCC_TIM9_CLK_DISABLE();
54.        else if (TIMx == TIM10) __HAL_RCC_TIM10_CLK_DISABLE();
55.        else if (TIMx == TIM11) __HAL_RCC_TIM11_CLK_DISABLE();
56.        else if (TIMx == TIM12) __HAL_RCC_TIM12_CLK_DISABLE();
57.        else if (TIMx == TIM13) __HAL_RCC_TIM13_CLK_DISABLE();
58.        else if (TIMx == TIM14) __HAL_RCC_TIM14_CLK_DISABLE();
59.        else
60.        {
61.            Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
62.        }
63.    }
64.    /*
65.    ******************************************************************************************************
66.    *    函 數 名: bsp_SetTIMforInt
67.    *    功能說明: 配置TIM和NVIC，用於簡單的定時中斷，開啟定時中斷。另外注意中斷服務程序需要由用戶應用程序
68.                   實現。
69.    *    形    參: TIMx : 定時器
70.    *              _ulFreq : 定時頻率 （Hz）。 0 表示關閉。
71.    *              _PreemptionPriority : 搶占優先級
72.    *              _SubPriority : 子優先級
73.    *    返 回 值: 無
74.    ******************************************************************************************************
75.    */
76.    void bsp_SetTIMforInt(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t _ulFreq, uint8_t _PreemptionPriority, uint8_t
77.     _SubPriority)
78.    {
79.        TIM_HandleTypeDef   TimHandle = {0};
80.        uint16_t usPeriod;
81.        uint16_t usPrescaler;
82.        uint32_t uiTIMxCLK;
83.        
84.        /* 使能TIM時鍾 */
85.        bsp_RCC_TIM_Enable(TIMx);
86.        
87.        /*-----------------------------------------------------------------------
88.            system_stm32f4xx.c 文件中 void SetSysClock(void) 函數對時鍾的配置如下：
89.    
90.            HCLK = SYSCLK / 1     (AHB1Periph)
91.            PCLK2 = HCLK / 2      (APB2Periph)
92.            PCLK1 = HCLK / 4      (APB1Periph)
93.    
94.            因為APB1 prescaler != 1, 所以 APB1上的TIMxCLK = PCLK1 x 2 = SystemCoreClock / 2;
95.            因為APB2 prescaler != 1, 所以 APB2上的TIMxCLK = PCLK2 x 2 = SystemCoreClock;
96.    
97.            APB1 定時器有 TIM2, TIM3 ,TIM4, TIM5, TIM6, TIM7, TIM12, TIM13,TIM14
98.            APB2 定時器有 TIM1, TIM8 ,TIM9, TIM10, TIM11
99.    
100.        ----------------------------------------------------------------------- */
101.        if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8) || (TIMx == TIM9) || (TIMx == TIM10) || (TIMx == TIM11))
102.        {
103.            /* APB2 定時器時鍾 = 168M */
104.            uiTIMxCLK = SystemCoreClock;
105.        }
106.        else    
107.        {
108.            /* APB1 定時器 = 84M */
109.            uiTIMxCLK = SystemCoreClock / 2;
110.        }
111.    
112.        if (_ulFreq < 100)
113.        {
114.            usPrescaler = 10000 - 1;                    /* 分頻比 = 10000 */
115.            usPeriod =  (uiTIMxCLK / 10000) / _ulFreq  - 1;        /* 自動重裝的值 */
116.        }
117.        else if (_ulFreq < 3000)
118.        {
119.            usPrescaler = 100 - 1;                    /* 分頻比 = 100 */
120.            usPeriod =  (uiTIMxCLK / 100) / _ulFreq  - 1;        /* 自動重裝的值 */
121.        }
122.        else    /* 大於4K的頻率，無需分頻 */
123.        {
124.            usPrescaler = 0;                    /* 分頻比 = 1 */
125.            usPeriod = uiTIMxCLK / _ulFreq - 1;    /* 自動重裝的值 */
126.        }
127.    
128.        /* 
129.           定時器中斷更新周期 = TIMxCLK / usPrescaler + 1）/usPeriod + 1）
130.        */
131.        TimHandle.Instance = TIMx;
132.        TimHandle.Init.Prescaler         = usPrescaler;
133.        TimHandle.Init.Period            = usPeriod;    
134.        TimHandle.Init.ClockDivision     = 0;
135.        TimHandle.Init.CounterMode       = TIM_COUNTERMODE_UP;
136.        TimHandle.Init.RepetitionCounter = 0;
137.        TimHandle.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
138.        if (HAL_TIM_Base_Init(&TimHandle) != HAL_OK)
139.        {
140.            Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
141.        }
142.    
143.        /* 使能定時器中斷  */
144.        __HAL_TIM_ENABLE_IT(&TimHandle, TIM_IT_UPDATE);
145.        
146.    
147.        /* 配置TIM定時更新中斷 (Update) */
148.        {
149.            uint8_t irq = 0;    /* 中斷號, 定義在 stm32h7xx.h */
150.    
151.            if (TIMx == TIM1) irq = TIM1_UP_TIM10_IRQn;
152.            else if (TIMx == TIM2) irq = TIM2_IRQn;
153.            else if (TIMx == TIM3) irq = TIM3_IRQn;
154.            else if (TIMx == TIM4) irq = TIM4_IRQn;
155.            else if (TIMx == TIM5) irq = TIM5_IRQn;
156.            else if (TIMx == TIM6) irq = TIM6_DAC_IRQn;
157.            else if (TIMx == TIM7) irq = TIM7_IRQn;
158.            else if (TIMx == TIM8) irq = TIM8_UP_TIM13_IRQn;
159.            else if (TIMx == TIM9) irq = TIM1_BRK_TIM9_IRQn;
160.            else if (TIMx == TIM10) irq = TIM1_UP_TIM10_IRQn;
161.            else if (TIMx == TIM11) irq =  TIM1_TRG_COM_TIM11_IRQn;
162.            else if (TIMx == TIM12) irq = TIM8_BRK_TIM12_IRQn;
163.            else if (TIMx == TIM13) irq = TIM8_UP_TIM13_IRQn;
164.            else if (TIMx == TIM14) irq = TIM8_TRG_COM_TIM14_IRQn;
165.            else
166.            {
167.                Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
168.            }    
169.            HAL_NVIC_SetPriority((IRQn_Type)irq, _PreemptionPriority, _SubPriority);
170.            HAL_NVIC_EnableIRQ((IRQn_Type)irq);        
171.        }
172.        
173.        HAL_TIM_Base_Star

程序中的注釋已經比較詳細，這里把幾個關鍵的地方再闡釋下：

第9- 29行，函數bsp_RCC_TIM_Enable用於獲取要使能的定時器時鍾。
第39-63行，函數bsp_RCC_TIM_Disable用於關閉定時器時鍾。
第49行，HAL庫的定時器句柄變量要初始化為0，這個問題在教程上一章的4.1小節有專門說明。
第101 – 126行，計算出要配置的分頻和周期。這里要注意一點，因為除了TIM2和TIM5，其它定時器都是16位的，相關寄存器大部分也都是16位的，配置的時候不可以超出0 -65535。這里分頻變量usPrescaler和周期變量usPeriod統一按照16位計算，所以有了這幾行代碼做頻率區分，防止超出范圍。
第131 – 141行，通過函數HAL_TIM_Base_Init初始化定時器的基本功能。
第148 – 171行，配置定時器中斷的優先級，並使能中斷。

26.2.2 定時器中斷服務程序

定時器初始化完畢了，定時器中斷服務程序不要忘了寫。比如使用定時器6的中斷。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 數 名: TIM6_DAC_IRQHandler
*    功能說明: TIM6定時中斷服務程序
*    返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void TIM6_DAC_IRQHandler(void)
{
    if((TIM6->SR & TIM_FLAG_UPDATE) != RESET)
    {
        /* 清除標志 */
        TIM6->SR = ~ TIM_FLAG_UPDATE;
        /* 添加用戶程序 */
    }
}

使用定時器中斷不要把中斷入口函數的名字寫錯了，比如這個定時器6，很容易錯搞成TIM6__IRQHandler。

TIM1_BRK_TIM9_IRQHandler          ; TIM1 Break 和 TIM9                   
TIM1_UP_TIM10_IRQHandler          ; TIM1 Update 和  TIM10                 
TIM1_TRG_COM_TIM11_IRQHandler     ; TIM1 Trigger Commutation 和 TIM11
TIM1_CC_IRQHandler                ; TIM1 Capture Compare                                   
TIM2_IRQHandler                   ; TIM2                                            
TIM3_IRQHandler                   ; TIM3                                            
TIM4_IRQHandler                   ; TIM4   
TIM6_DAC_IRQHandler               ; TIM6 and DAC1&2 underrun errors                   
TIM7_IRQHandler                   ; TIM7    
TIM8_BRK_TIM12_IRQHandler         ; TIM8 Break 和 TIM12                  
TIM8_UP_TIM13_IRQHandler          ; TIM8 Update 和 TIM13                 
TIM8_TRG_COM_TIM14_IRQHandler     ; TIM8 Trigger Commutation 和  TIM14
TIM8_CC_IRQHandler                ; TIM8 Capture Compare

26.3 定時器板級支持包（bsp_tim_pwm.c）

定時器驅動文件bsp_tim_pwm.c主要實現了如下兩個API供用戶調用：

bsp_SetTIMOutPWM
bsp_SetTIMforInt

這兩個函數都是TIM1-TIM14所有定時器都支持，函數bsp_SetTIMOutPWM用於PWM，下個章節為大家講解，本小節主要把函數bsp_SetTIMforInt做個說明。

26.3.1 函數bsp_SetTIMforInt

函數原型：

void bsp_SetTIMforInt(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t _ulFreq, uint8_t _PreemptionPriority, uint8_t _SubPriority)

函數描述：

此函數主要用配置定時器周期性中斷。

函數參數：

第1個參數用於指定使用那個定時器，參數可以是TIM1 – TIM14所有定時器
第2個參數是要實現的定時器中斷頻率，單位Hz，如果填0的話，表示關閉。
第3個參數是定時器搶占式優先級，范圍0 – 15。
第4個參數是定時器子優先級，范圍0 – 15。

注意事項：

初始化后，別忘了寫對應的中斷服務程序。

使用舉例：

比如使用定時器6設置為20Hz頻率, 周期0.05秒定時中斷：

bsp_SetTIMforInt(TIM6, 20, 2, 0);

26.4 定時器驅動移植和使用

定時器的移植比較簡單：

第1步：復制bsp_tim_pwm.c和bsp_tim_pwm.h到自己的工程目錄，並添加到工程里面。
第2步：這幾個驅動文件主要用到HAL庫的GPIO和TIM驅動文件，簡單省事些可以添加所有HAL庫.C源文件進來。
第3步，應用方法看本章節配套例子即可。

26.5 實驗例程設計框架

通過程序設計框架，讓大家先對配套例程有一個全面的認識，然后再理解細節，本次實驗例程的設計框架如下：

第1階段，上電啟動階段：

這部分在第14章進行了詳細說明。

第2階段，進入main函數：

第1步，硬件初始化，主要是HAL庫，系統時鍾，滴答定時器，LED和串口。
第2步，按鍵應用程序設計部分。
定時器中斷服務程序里面實現翻轉LED4。

26.6 實驗例程說明（MDK）

配套例子：

V5-007_定時器周期性中斷（驅動支持TIM1-TIM14）

實驗目的：

學習定時器周期性中斷實現，支持TIM1-TIM14所有定時器。

實驗內容：

系統上電后驅動了1個軟件定時器，每100ms翻轉一次LED2，同時啟動1個TIM6周期性中斷，每50ms執行一次，在中斷服務程序里面翻轉LED4。
中斷入口函數名稱不要寫錯，有些中斷的入口函數名稱比較特殊，詳情可看V6開發板用戶手冊。

實驗操作：

K1按鍵按下，開啟TIM6的周期性中斷。
K2按鍵按下，關閉TIM6的周期性中斷。

上電后串口打印的信息：

波特率 115200，數據位 8，奇偶校驗位無，停止位 1

程序設計：

系統棧大小分配：

硬件外設初始化

硬件外設的初始化是在 bsp.c 文件實現：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 數 名: bsp_Init
*    功能說明: 初始化所有的硬件設備。該函數配置CPU寄存器和外設的寄存器並初始化一些全局變量。只需要調用一次
*    形    參：無0
*    返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 
       STM32F407 HAL 庫初始化，此時系統用的還是F407自帶的16MHz，HSI時鍾:
       - 調用函數HAL_InitTick，初始化滴答時鍾中斷1ms。
       - 設置NVIV優先級分組為4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系統時鍾到168MHz
       - 切換使用HSE。
       - 此函數會更新全局變量SystemCoreClock，並重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder：
       - 可用於代碼執行時間測量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
       - 默認不開啟，如果要使能此選項，務必看V5開發板用戶手冊第8章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder並開啟 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
    bsp_InitKey();        /* 按鍵初始化，要放在滴答定時器之前，因為按鈕檢測是通過滴答定時器掃描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定時器 */
    bsp_InitUart();        /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();    /* 初始化擴展IO */
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
    BEEP_InitHard();    /* 初始化蜂鳴器 */
}

定時器中斷服務程序：

定時器6的中斷服務程序如下，主要實現了LED4翻轉：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 數 名: TIM6_DAC_IRQHandler
*    功能說明: TIM6定時中斷服務程序
*    返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void TIM6_DAC_IRQHandler(void)
{
    if((TIM6->SR & TIM_FLAG_UPDATE) != RESET)
    {
        /* 清除更新標志 */
        TIM6->SR = ~ TIM_FLAG_UPDATE;
        
        /* 翻轉LED4和FMC擴展引腳23 */
        bsp_LedToggle(4);
    }
}

主功能：

主程序實現如下操作：

K1按鍵按下，開啟TIM6的周期性中斷。
K2按鍵按下，關閉TIM6的周期性中斷。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 數 名: main
*    功能說明: c程序入口
*    形    參: 無
*    返 回 值: 錯誤代碼(無需處理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;    /* 按鍵代碼 */
    

    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    
    PrintfLogo();    /* 打印例程名稱和版本等信息 */
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */

    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 啟動1個100ms的自動重裝的定時器 */
    
    bsp_SetTIMforInt(TIM6, 20, 2, 0);    /* 設置為20Hz頻率, 周期0.05秒定時中斷*/    
    
    /* 進入主程序循環體 */
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 這個函數在bsp.c文件。用戶可以修改這個函數實現CPU休眠和喂狗 */

        /* 判斷定時器超時時間 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔50ms 進來一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }

        /* 按鍵濾波和檢測由后台systick中斷服務程序實現，我們只需要調用bsp_GetKey讀取鍵值即可。 */
        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 讀取鍵值, 無鍵按下時返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:            /* K1鍵按下 */
                       printf("K1按鍵按下，開啟TIM6的周期性中斷\r\n");
                    TIM6->DIER |= TIM_IT_UPDATE;
                    break;

                case KEY_DOWN_K2:            /* K2鍵按下 */
                       printf("K2按鍵按下，關閉TIM6的周期性中斷\r\n");
                    TIM6->DIER &= ~TIM_IT_UPDATE;
                    break;

                default:
                    /* 其它的鍵值不處理 */
                    break;
            }
        }
    }
}