STM32F4系列单片机的定时器讲解和计数器，PWM信号输出，PWM信号捕获的实现对电机进行控制和监测功能-编程知识

1.定时器功能介绍：

在控制领域里面，我们可以用信号输出定时器，进行PWM的控制，从而达到控制电机的目的，通过输入捕获功能可以用来接收外部的数字信号，用于测量脉冲宽度、频率或周期等。在这里给大家介绍下，具体用定时器做计数，输出和捕获的功能实现。

STM32F4一共有三种14个定时器。(12个16位的，2个32位的)，STM32F1系列只有8个16位的。

高级定时器：TIM1、TIM8。通常用于特定领域和专业需求用户使用的精密计时工具，通常适用于需要精度更高的领域。通常可以精确到毫秒或更小的时间单位，并具有更复杂的逻辑和算法。

通用定时器：TIM2、TIM5、TIM3、TIM4，TIM9~TIM14。

基本定时器：TIM6、TIM7，没有捕获等通道，用作简单定时。

STM32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。

2.计数定时器配置

在STM32F429上实现TIM6的计时，可以通过以下步骤进行：

使能TIM6时钟。
初始化TIM6时基单元，设置时钟分频系数和计数周期。
使能更新中断（如果需要）。
使能TIM6。
等待中断处理（如果使能了中断）。

以下是一个简单的示例代码，展示如何使用HAL库函数来配置TIM6作为一个简单的计时器：

/* 注意：1. 中断相关名称。注意基本定时器TIM6 的中断名为 TIM6_DAC_IRQn，< TIM6 global and DAC1&2 underrun error  interrupts>，其他一些定时器为 TIMx_IRQn(x=2,3,4,7 etc)	*/
/* 中断函数名为 TIM6_DAC_IRQHandler()，而不是 TIM6_IRQHandler()		*/
/* 3. 基本定时器(TIM6, TIM7)，通用定时器，高级定时器(TIM1, TIM8)，功能越来越多，此处只做个简单计时，基本定时器足够了	*/#include "timer.h"uint32_t tim = 0;						// 全局变量，每0.1ms加1
TIM_HandleTypeDef TIM6_Handler;      	//定时器句柄 /* 基本定时器6初始化						*/
/* 实现 0.1ms 计时中断					*/
/* 90M/90=1M，1M/100 = 10kHz = 0.1ms	*/
void TIM6_Init(void)
{  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};TIM6_Handler.Instance			= TIM6;                  		// 基本定时器TIM6_Handler.Init.Prescaler		= 180-1;                 		// 分频系数 180MHz，得到 180M/180=1M 时钟TIM6_Handler.Init.CounterMode	= TIM_COUNTERMODE_UP;    		// 向上计数器TIM6_Handler.Init.Period		= 100-1;                  		// 自动装载值 100，每 100/1M = 100us=0.1ms中断一次htim7.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;HAL_TIM_Base_Init(&TIM6_Handler);sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim6, &sMasterConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}HAL_TIM_Base_Start_IT(&TIM6_Handler); //使能定时器3和定时器3更新中断：TIM_IT_UPDATE   
}
/* 定时器底册驱动，开启时钟，设置中断优先级	*/
/* 此函数会被HAL_TIM_Base_Init()函数调用		*/
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance==TIM6){__HAL_RCC_TIM6_CLK_DISABLE();    						// 使能TIM6时钟，HAL_NVIC_SetPriority(TIM6_IRQn,1,3);    					// 中断优先级：抢占优先级1，子优先级3。HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM6_IRQn);        					// 开启ITM6中断  }
}/*** @brief  定时器比较中断* @param  htim：定时器句柄指针*	@note 		无* @retval 无*/
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(&TIM6_Handler, TIM_IT_UPDATE) !=RESET){__HAL_TIM_CLEAR_IT(&TIM6_Handler, TIM_IT_UPDATE);				// 清除中断标志位}tim ++; 														// 又是0.1ms，全局时间计数加1
}

3.TIM3输出4路PWM波

与定时不同，配置输出PWM波需要配置I/O口，相应地需要配置相应通道；输出PWM波时可不配置中断。步骤如下：

初始化配置。选择时钟、配置分频系数、计数模式、自动重装值、分频因子。
通道配置。配置PWM模式、默认占空比、输出比较极性并且开启对应的通道。
底层配置。开启时钟、配置相关引脚。
此处，航模电机驱动频率选择常用的 400Hz，定时器重装值选择 5000-1。为了方便实际中调节各个电机的占空比，编写设置于获取占空比的函数，占空比调节精度为 1/1000。

对于I/O选择，使用了TIM3 CH1~CH3，对应引脚参考核心板原理图：

#define PWM_PIN			GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1
#define PWM_GPIO		GPIOB
#define PWM_ENCLK()		__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();	\__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();	// 使能定时器3，开启GPIOB时钟						/* 四个电机枚举	*/
typedef enum
{MOTOR1 = 0,MOTOR2 = 1,MOTOR3 = 2,MOTOR4 = 3
};/* TIM3 4路 PWM波输出初始化 		*/
void TIM3_PWM_Init(void)
{ TIM3_Handler.Instance			= TIM3;            		//定时器3TIM3_Handler.Init.Prescaler		= 45-1;       			//定时器分频 45，得到 90M/45=2M 时钟TIM3_Handler.Init.CounterMode	= TIM_COUNTERMODE_UP;	//向上计数模式TIM3_Handler.Init.Period		= 5000-1;          		//自动重装载值 5000，得到PWM频率 2M/5k=400HzTIM3_Handler.Init.ClockDivision	= TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;HAL_TIM_PWM_Init(&TIM3_Handler);       					//初始化PWMTIM3_CHxHandler.OCMode			= TIM_OCMODE_PWM1; 		//模式选择PWM1TIM3_CHxHandler.Pulse			= 0;           			//设置比较值,此值用来确定占空比，默认为0TIM3_CHxHandler.OCPolarity		= TIM_OCPOLARITY_HIGH; 	//输出比较极性为高HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TIM3_Handler,&TIM3_CHxHandler,TIM_CHANNEL_1);	//配置TIM3通道1HAL_TIM_PWM_Start(&TIM3_Handler, TIM_CHANNEL_1);		//开启PWM通道1HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TIM3_Handler,&TIM3_CHxHandler,TIM_CHANNEL_2);	//配置TIM3通道2HAL_TIM_PWM_Start(&TIM3_Handler, TIM_CHANNEL_2);		//开启PWM通道2HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TIM3_Handler,&TIM3_CHxHandler,TIM_CHANNEL_3);	//配置TIM3通道3HAL_TIM_PWM_Start(&TIM3_Handler, TIM_CHANNEL_3);		//开启PWM通道3HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TIM3_Handler,&TIM3_CHxHandler,TIM_CHANNEL_4);	//配置TIM3通道4HAL_TIM_PWM_Start(&TIM3_Handler, TIM_CHANNEL_4);		//开启PWM通道4}/* 定时器底层驱动，时钟使能，引脚配置	*/
/* 此函数会被HAL_TIM_PWM_Init()调用	*/
void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;PWM_ENCLK();GPIO_Initure.Pin		= PWM_PIN; GPIO_Initure.Mode		= GPIO_MODE_AF_PP;  			// 复用推完输出GPIO_Initure.Pull		= GPIO_PULLUP;          		// 上拉GPIO_Initure.Speed		= GPIO_SPEED_HIGH;     			// 高速GPIO_Initure.Alternate	= GPIO_AF2_TIM3;				// 引脚复用HAL_GPIO_Init(PWM_GPIO, &GPIO_Initure);
}/* 设置电机占空比										*/
/* motor: 选择电机，可填MOTOR1, MOTOR2, MOTOR3, MOTOR4	*/
/* duty: 占空比为千分之 duty								*/
void SetMotorDuty(uint8_t motor, uint16_t duty)
{if (duty > 1000)duty = 1000;else if (duty < 0)duty = 0;if (motor == MOTOR1)TIM3->CCR1 = duty * 5 - 1;	// 由于计数器重装值ARR为 5000，精度为千分之一，故此处乘以5，减一是因为从0开始计数else if (motor == MOTOR2)TIM3->CCR2 = duty * 5 - 1;else if (motor == MOTOR3)TIM3->CCR3 = duty * 5 - 1;else if (motor == MOTOR4) TIM3->CCR4 = duty * 5 - 1;
}/* 获取电机占空比														*/
/* motor选择电机，可填MOTOR1, MOTOR2, MOTOR3, MOTOR4，占空比为千分之返回值	*/
uint16_t GetMotorDuty(uint8_t motor)
{uint32_t cap_value;if (motor == MOTOR1)cap_value = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&TIM3_Handler,TIM_CHANNEL_1);		// 读取比较寄存器的值else if (motor == MOTOR2)cap_value = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&TIM3_Handler,TIM_CHANNEL_1);else if (motor == MOTOR3)cap_value = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&TIM3_Handler,TIM_CHANNEL_1);else if (motor == MOTOR4) cap_value = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&TIM3_Handler,TIM_CHANNEL_1);return (cap_value+1) / 5;
}

4.TIM5输入捕获

输入捕获也需要配置对应的 I/O 口于通道，而且需要在中断服务函数里实现定时中断、高/低电平时间的测量。步骤如下：

1.初始化配置：选择时钟、配置分配系数、计数模式、自动重装值、时钟分频因子。
2.通道配置：配置上升/下降沿捕获、引脚对应寄存器、分频因子、滤波效果。
3.底层配置：配置引脚、使能时钟、中断优先级与是能。
4.中断服务函数：思想很简单，分别读取下降沿、上升沿、下降沿时寄存器数据，计算得到正脉宽、周期等参数。

#define CAP_PIN			GPIO_PIN_0
#define CAP_GPIO		GPIOA
#define CAP_ENCLK()		__HAL_RCC_TIM5_CLK_ENABLE();	\__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); 	//使能TIM5时钟，开启GPIOA时钟TIM_HandleTypeDef TIM5_Handler;         							//定时器5句柄uint32_t cap_value1 = 0;			// 检测到上升沿时的计数
uint32_t cap_value2 = 0;			// 检测到下降沿时的计数, cap_value2 - cap_value1 即为正脉冲时间
uint32_t cap_value3 = 0;			// 再次检测到上升沿时的计数, cap_value3 - cap_value1 即为周期uint8_t cap_sta = 0;				// 输入捕获状态, 0:没有完成捕获，去捕获边沿吧  1:捕获边沿完成，去计算周期吧
uint8_t cap_times = 0;				// 捕获次数/* 定时器5通道1输入捕获配置 	*/
/* 频率：90M/90/1 = 1MHz		*/
void TIM5_CH1_Cap_Init(void)
{  TIM_IC_InitTypeDef TIM5_CH1Config;  TIM5_Handler.Instance			= TIM5;                         // 通用定时器5TIM5_Handler.Init.Prescaler		= 90-1;                     	// 分频系数TIM5_Handler.Init.CounterMode	= TIM_COUNTERMODE_UP;    		// 向上计数器TIM5_Handler.Init.Period		= 0XFFFFFFFF;                   // 自动装载值TIM5_Handler.Init.ClockDivision	= TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;		// 时钟分频银子HAL_TIM_IC_Init(&TIM5_Handler);									// 初始化输入捕获时基参数TIM5_CH1Config.ICPolarity		= TIM_ICPOLARITY_RISING;    	// 上升沿捕获TIM5_CH1Config.ICSelection		= TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;		// 设置引脚与寄存器关系。CH1、CH2用TI1，CH3、CH4用TI2TIM5_CH1Config.ICPrescaler		= TIM_ICPSC_DIV1;          		// 配置输入分频，不分频TIM5_CH1Config.ICFilter=0;                          			// 配置输入滤波器，不滤波HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&TIM5_Handler,&TIM5_CH1Config,TIM_CHANNEL_1);//配置TIM5通道1HAL_TIM_IC_Start_IT(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1);   			// 开启TIM5的捕获通道1，并且开启捕获中断__HAL_TIM_ENABLE_IT(&TIM5_Handler,TIM_IT_UPDATE);   			// 使能更新中断
}/* 定时器5底层驱动，时钟使能，引脚配置	*/
/* 此函数会被HAL_TIM_IC_Init()调用	*/
void HAL_TIM_IC_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;CAP_ENCLK();GPIO_Initure.Pin		= CAP_PIN;            					// 引脚GPIO_Initure.Mode		= GPIO_MODE_AF_PP;      				// 复用推挽输出GPIO_Initure.Pull		= GPIO_PULLDOWN;        				// 下拉GPIO_Initure.Speed		= GPIO_SPEED_HIGH;     					// 高速GPIO_Initure.Alternate	= GPIO_AF2_TIM5;   						// PA0复用为TIM5通道1HAL_GPIO_Init(CAP_GPIO,&GPIO_Initure);HAL_NVIC_SetPriority(TIM5_IRQn,2,0);    						// 设置中断优先级，抢占优先级2，子优先级0HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM5_IRQn);          						// 开启ITM5中断通道  
}/* 定时器5中断服务函数			*/
void TIM5_IRQHandler(void)
{HAL_TIM_IRQHandler(&TIM5_Handler);								//定时器共用处理函数
}/* 定时器输入捕获中断处理回调函数，该函数在HAL_TIM_IRQHandler中会被调用	*/
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)			//更新中断（溢出）发生时执行
{if (cap_sta == 0){switch (cap_times){case 0: 				// 清空一切，准备捕获cap_value1 = 0;cap_value2  = 0;cap_value3  = 0;__HAL_TIM_DISABLE(&TIM5_Handler);        									//关闭定时器5__HAL_TIM_SET_COUNTER(&TIM5_Handler,0);		TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1);   					//一定要先清除原来的设置！！TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_FALLING);//定时器5通道1设置为下降沿捕获__HAL_TIM_ENABLE(&TIM5_Handler);cap_times = 1;break;case 1:					// 捕获了一次cap_value1 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1);		// 读数一次TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1);   					//一定要先清除原来的设置！！TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_RISING);//定时器5通道1设置为上升沿捕获		cap_times = 2;break;case 2:					// 捕获了两次cap_value2 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1);		// 读数一次TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1);   					//一定要先清除原来的设置！！TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_FALLING);//定时器5通道1设置为下降沿捕获		cap_times = 3;break;case 3:					// 捕获了三次cap_value3 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1);		// 读数一次TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1);   					//一定要先清除原来的设置！！TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_RISING);	//定时器5通道1设置为上升沿捕获cap_times = 0;			cap_sta = 1;		// 所有捕获完成，可以去计算了break;}}
}

测试捕获和输出：

void TestPwmTask(void *arg)
{const uint16_t test_postime = 100;	// 正常时间为 test_postime / 1000 * 2500 = test_postime * 2.5uint32_t pos_time;				// 高电平时间uint32_t cycle;					// 周期uint32_t freq;					// 频率float pos_duty;					// 正占空比SetMotorDuty(MOTOR1, test_postime);						// 电机PWM 400Hz = 2500 us，占空比 100/1000，高电平时间 250us		SetMotorDuty(MOTOR2, test_postime);SetMotorDuty(MOTOR3, test_postime);SetMotorDuty(MOTOR4, test_postime);while(1){if (cap_sta == 1)      		//成功捕获到了一次高电平{pos_time = cap_value3 - cap_value2;cycle = cap_value3 - cap_value1;freq = (uint32_t)1000000 / cycle;pos_duty = (float) pos_time / (float) cycle;printf("周期：%d us\t  正脉冲宽：%d us  \r\n", cycle, pos_time);printf("频率：%d Hz\t  正占空比：%.2f %%\r\n\r\n", freq, pos_duty*100);cap_sta = 0;          		// 搞完事情，开启下一次捕获}delay_ms(200);}
}