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STM32CubeMX教程8 TIM 通用定时器 - 输出比较

发布时间 2024-01-07 12:10:58作者: OSnotes

1、准备材料

开发板（STM32F407G-DISC1）
ST-LINK/V2驱动
STM32CubeMX软件（Version 6.10.0）
keil µVision5 IDE（MDK-Arm）
逻辑分析仪nanoDLA

2、实验目标

使用STM32CubeMX软件配置STM32F407通用定时器的输出比较通道，并将其输出到四个LED灯引脚实现LED灯流水灯效果

3、实验流程

3.0、前提知识

STM32F407的定时器通道均可以实现输出比较功能，输出比较功能是利用当前计数值CNT与捕获/比较寄存器CRR的值作比较，如果值相等就会产生输出比较结果，此时也会产生输出比较完成中断或DMA请求

定时器产生的输出比较结果可以输出到比较通道的具体引脚上，也可以直接内部使用不输出到引脚，具体输出的电平由比较模式和输出极性共同决定

输出比较模式有①冻结：保持当前电平、②匹配时输出有效电平、③匹配时输出无效电平、④匹配时翻转输出电平、⑤强制输出有效电平和⑥强制输出无效电平六种模式

有效电平可以手动设置为高/低电平

3.1、CubeMX相关配置

请先阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”实验3.4.1小节配置RCC和SYS

3.1.1、时钟树配置

系统时钟树配置与上一实验一致，均设置为STM32F407总线能达到的最高时钟频率，具体如下图所示

3.1.2、外设参数配置

在Pinout ＆ Configuration页面右边芯片引脚预览Pinout view中找到LED灯的四个控制引脚PD12、PD13、PD14和PD15，依次左键单击并配置其功能为TIM4_CHx

然后在页面左侧功能分类栏目中点开Timers栏目，单击栏目下的TIM4，并将其Channel1~4全部配置为Output Compare CHx

具体配置如下图所示

然后对启用的TIM4定时器的四个通道参数进行设置，下面对重要参数介绍

①首先对计数器参数的设置与之前讲解的一致，这里不再赘述，周期设为500ms，不分频不预装载

②四个通道的输出比较模式均选择为了Toggle on match，即当比较寄存器CCR的值和当前定时器计数值CNT匹配时翻转通道引脚输出状态，四个通道从上到下其比较寄存器的值CCR依次为999、1999、2999和3999，这表示在一个时钟500ms周期内，通道1、2、3和4分别在100ms、200ms、300ms和400ms的时候翻转其对应通道引脚的值

③输出比较四个通达均不启用预装载，通道输出有效状态为高电平，其他的模式如其字面意思较为好理解，这里不再过多阐述

具体的参数配置如下图所示

3.1.3、外设中断配置

在Pinout & Configuration页面左边System Core/NVIC中勾选TIM4全局中断，然后选择合适的中断优先级即可

3.2、生成代码

请先阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”实验3.4.3小节配置Project Manager

单击页面右上角GENERATE CODE生成工程

3.2.1、外设初始化函数调用流程

在生成的工程代码主函数main()中调用了MX_TIM4_Init()函数完成了对TIM4基本定时器参数，输出比较通道1/2/3/4参数的配置

然后在HAL_TIM_OC_Init()函数中调用了HAL_TIM_OC_MspInit()函数对TIM4时钟和中断进行了使能，并对中断优先级进行了配置

最后在MX_TIM4_Init()函数末尾调用了HAL_TIM_MspPostInit()函数对TIM4的四个输出比较通道引脚进行了复用设置，从而完成了整个初始化过程

如下图所示为TIM4输出比较初始化的具体函数调用流程

3.2.2、外设中断函数调用流程

再来看看输出比较中断回调函数流程，使能定时器全局中断后在stm32f4xx_it.c中自动生成了TIM4的中断处理函数TIM4_IRQHandler

TIM4_IRQHandler调用了HAL库的定时器中断处理函数HAL_TIM_IRQHandler，这个函数负责处理所有的定时器相关中断

通过判断中断来源及相关寄存器，最终输出比较事件完成的回调函数为HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback（或者是HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback）（注释1），该函数为虚函数，需要用户重新实现

如下图所示为TIM4输出比较中断回调的具体函数调用流程

该实验目标不需要动态修改输出比较的参数，因此笔者这里没有重新在tim.c中重新实现该回调函数，需要提醒的是，输出比较事件完成时会同时进入HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback和HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback两个回调函数中，因此请注意此实验确保注释掉PWM输出实验中HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback函数体内动态修改占空比的代码，否则将达不到预期效果

3.2.3、添加其他必要代码

最后只需要在主函数中启动定时器（注释2），启动输出比较通道就可以实现本实验目标，启动代码如下图所示

源代码如下

HAL_TIM_Base_Start(&htim4);
HAL_TIM_OC_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_OC_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_2);
HAL_TIM_OC_Start_IT(&htim4, TIM_CHANNEL_3);
HAL_TIM_OC_Start_IT(&htim4, TIM_CHANNEL_4);

4、常用函数

/*启动输出比较通道*/
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_OC_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)

/*停止输出比较通道*/
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_OC_Stop(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
 
/*以中断方式启动输出比较通道*/
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_OC_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
 
/*停止以中断方式启动的输出比较通道*/
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_OC_Stop_IT(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
 
/*输出比较通道完成回调函数*/
void HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)

5、烧录验证

5.1、具体步骤

“设置TIM4的4个通道为输出比较到通道 -> 配置TIM4基本参数及4个输出比较通道参数 -> NVIC中勾选TIM4全局中断并设置合适中断优先级 -> 在主函数中使用HAL_TIM_Base_Start(&htim4)启动定时器TIM4 -> 然后使用HAL_TIM_OC_Start_IT(&htim4, TIM_CHANNEL_x)函数开启四个通道的输出比较”

5.2、实验现象

烧录程序，上电单片机启动后会发现开发板上的四个LED灯，按照绿、橙、红和蓝的顺序依次点亮，然后不断循环，实际现象如下图所示

使用逻辑分析仪监测TIM4的四个输出通道引脚，可以看出TIM4的四个通道输出的电平翻转周期均为500ms，并且4个通道间每个通道均间隔100ms相继翻转状态

6、注释详解

注释1：在生成PWM波的实验中提到其使用的中断回调函数HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback也可以换成输出比较完成的回调函数HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback，因为笔者发现在HAL库的定时器中断处理函数HAL_TIM_IRQHandler中，这两个函数是同时调用的，也就是说调用函数1，函数2也会跟着调用，所以笔者认为两个都可以使用

注释2：笔者发现在启动输出比较/输入捕获/PWM输出时，可以不调用定时器启动函数，执行HAL_TIM_xx_Start/HAL_TIM_xx_Start_IT函数时会自动启动定时器；另外HAL_TIM_OC_Start/HAL_TIM_OC_Start_IT两个输出比较启动函数和HAL_TIM_PWM_Start/HAL_TIM_PWM_Start_IT两个PWM输出启动函数，除了函数名和一些注释外其函数体内的代码一模一样；

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