7 Timer

1 简介

Timer即定时器，与SysTick定时器不同的是，并非ARM Cortex-M3/M4处理器都有，而是某一些开发板特有的，且数量和类别存在一定差别。

GD32450i-EVAL开发板共有14个定时器，分别为TIMER0-TIMER13，其中有2个高级定时器，10个通用定时器，2个基本定时器，具体如表1所示。

表1 GD32450i-EVAL开发板定时器

2 定时器分类

定时器按照分类分为基本定时器、通用定时器、高级定时器，其中通用定时器包括通用定时器L0、L1、L2。

定时器都具有16位可编程预分频器、16位无符号计数器、自动重载计数器。

2.1 基本定时器

基本定时器结构较为简单，主要包括两个功能，（1）基本定时功能，生成时基；（2）用于驱动数模转换器，定时器5和定时器6，功能完全一样，但是所用资源彼此完全独立，可以同时使用。

基本定时器具有以下特性：

时钟源：内部时钟；

可产生DMA请求，TRGO连接到DAC；

触发DAC的同步电路；

中断/DMA请求：更新事件；

其结构框图如图1 所示。

图1 基本定时器结构框图

2.2 通用定时器

通用定时器可被同步形成一个更大的定时器。通用定时器包括通用定时器L0、通用定时器L1、通用定时器L2。除上述表1中提到的，三者存在相同之处也存在一定区别。

2.2.1 通用寄存器共同特性

时钟源可选：内部时钟、内部触发、外部输入、外部触发。

每个通道可配置：输入捕获模式，输出比较模式，可编程的PWM模式，单脉冲模式。

2.2.1 通用寄存器特性差异

（1）通用定时器L0

4通道定时器，支持输入捕获、输出比较、产生PWM信号控制电机和电源管理；

正交编码器接口：被用来追踪运动和分辨旋转方向和位置；

霍尔传感器接口：用来做三相电机控制；

中断输出和DMA请求：更新事件，触发事件，比较/捕获事件；

多个定时器的菊链使得一个定时器可以同时启动多个定时器。

图2 通用计时器L0结构框图

（2）通用定时器L1

中断输出：更新事件，触发事件，比较/捕获事件和中止事件；

多个定时器的菊链使得一个定时器可以同时启动多个定时器；

定时器的同步允许被选择的定时器在同一个时钟周期开始计数；

定时器主/从模式控制器。

图3 通用计时器L1结构框图

（3）通用定时器L2

中断输出：更新事件，触发事件，比较/捕获事件和中止事件。

图4 通用计时器L2结构框图

2.3 高级定时器

高级寄存器相对于基本定时器以及高级定时器具有更强大的功能。具体如下所示：

正交编码器接口：被用来追踪运动和分辨旋转方向和位置；

霍尔传感器接口：用来做三相电机控制；

每个通道可配置：输入捕获模式，输出比较模式，可编程的PWM模式，单脉冲模式；

可编程的死区时间；

可编程的计数器重复功能；

中止输入功能使定时器按照用户的配置输出；

中断输出和DMA请求：更新事件，触发事件，比较/捕获事件和中止事件；

多个定时器的菊链使得一个定时器可以同时启动多个定时器；

定时器的同步允许被选择的定时器在同一个时钟周期开始计数；

定时器主/从模式控制器。

其结构如图5所示。

图5 高级定时器结构框图

3 功能描述

可见定时器具有很多功能，下面仅对几个常见的基础功能加以介绍。

3.1 时基

时基即时间基准，就是一个时间显示的基本单位。时基单元包括计数器寄存器，预分频器寄存器，自动重载寄存器。计数器、自动重载寄存器和预分频器寄存器都可以通过软件进行读写，即使在计数器运行时。

3.2 时钟源

对于基本定时器时钟源有内部时钟源提供，对于通用定时器和高级寄存器，其时钟源可以有内部时钟源或者由从模式寄存器（SMC）控制复用的时钟源驱动。包括内部时钟源、外部时钟模式0和外部时钟模式1。

3.3 预分频器

计数器的时钟可以通过预分频器进行1到65536之间任意值分频，分频后的时钟驱动计数器计数，分频系数受预分频寄存器控制，其带有缓冲器，可以在运行时被改变。新的预分频器的参数在下一次更新事件到来时被使用。

3.4 计数模式

计数模式共分为三种，包括向上计数模式、向下计数模式、中央对齐模式，对于不同类别的计数器，其具有的计数器模式各不相同，具体如表1所示。

（1）向上计数模式

向上计数模式即计数器从0开始向上连续计数到自动加载值（定义在自动重载寄存器中），并生成计数器上溢事件，当计数到自动重载值时，会重新从0开始计数。每次计数器上溢时会生成更新事件。但是如果设置了重复计数器，在（TIMERx_CREP+1）次上溢后产生更新事件。当产生更新事件时，所有寄存器都将被更新。

（2）向下计数模式

与向上计数方式相反，该模式下，计数器从自动重载值向下连续计数到0（倒计时），并生成计数器下溢事件，当计数器到0时，会重新开始计数，每次计数器下溢时会产生更新事件。但是如果设置了重复计数器，在（TIMERx_CREP+1）次上溢后产生更新事件。当产生更新事件时，所有寄存器都将被更新。

（3）中央对齐模式

与前两者不同，该模式下，计数器交替的从0开始向上计数到自动加载值，然后在向下计数到0。向上计数时，定时器模块在计数器计数到自动加载值-1时产生一个上溢事件；向下计数时定时器在计数器计数到1时产生一个下溢事件。在中央计数模式中，寄存器中的计数方向控制位设置为只读。计数方向被硬件自动更新。将SWEVG寄存器的UPG位置1时可以初始化计数值为0，并产生一个更新事件。

3.5 重复计数器

重复计数器是用来在N+1个计数器周期之后产生更新事件，更新定时器的寄存器。向上计数模式下，重复计数器在每次计数器上溢时递减；向下计数模式下，冲反复计数器在每次计数器下溢时递减；中央对齐模式下，重复计数器在计数器上溢和下溢时递减。

3.6 捕获/比较输出通道

定时器的通道用于捕获输入或比较输出是否匹配，通道围绕一个通道捕获比较寄存器简历，包括一个输入级、通道控制器和输出级。

捕获模式允许通道测量一个波形时序、频率、周期、占空比等，输入级包括一个数字滤波器、一个通道极性选择、边沿检测和一个通道预分频器。如果在输入引脚上出现被选择的边沿，TIMERx_CHxCV寄存器会捕获计数器当前的值，同时CHxIF位被置1，如果CHxIE = 1则产生通道中断。

通道输入信号CIx先被TIMER_CK信号同步，然后经过数字滤波器采样，产生一个被滤波后的信号。通过边沿检测器，可以选择检测上升沿或者下降沿。通过配置CHxP选择使用上升沿或者下降沿。配置CHxMS.，可以选择其他通道的输入信号，内部触发信号。配置IC预分频器，使得若干个输入事件后才产生一个有效的捕获事件。捕获事件发生，CxC存储计数器的值。

配置主要包括5步：滤波器配置、边沿选择、捕获源选择、中断使能、捕获使能。

在输出比较模式，TIMERx可以产生时控脉冲，其位置，极性，持续时间和频率都是可编程的。当一个输出通道的CxCV寄存器与计数器的值匹配时，根据CHxCOMCTL的配置，这个通道的输出可以被置高电平，被置低电平或者反转。当计数器的值与CxCV寄存器的值匹配时，CHxIF位被置1，如果CHxIE = 1则会产生中断，如果CxCDE=1则会产生DMA请求。

配置过程主要包括5步：时钟配置、比价模式配置、中断或DMA使能、使能定时器。

3.7 PWM模式

在PWM输出模式下，根据TIMERx_CAR寄存器和TIMERx_CHxCV寄存器的值，输出PWM波形。根据计数模式，我们可以分为两种PWM波：EAPWM(边沿对齐PWM)和CAPWM(中央对齐PWM)。EAPWM 的周期由 TIMERx_CAR 寄存器值决定，占空比由 TIMERx_CHxCV 寄存器值决定。CAPWM 的周期由（2*TIMERx_CAR 寄存器值）决定，占空比由（2*TIMERx_CHxCV 寄存器值）决定。

3.8 调试模式

与SysTick定时器不同的是，当MCU进入调试模式时，计数器会根据DBG模块中的DBG_CTL2寄存器TIMERx_HOLD配置位选择继续工作与否，而不是直接伴随着内核的停止而终止，该位置1计数停止。

4 示例

4.1 程序

主函数主要包括GPIO配置和时钟配置，以及延时函数用到的SysTick配置，之后就是对于呼吸灯的循环变量控制。下面主要对定时器配置加以介绍，主要包括对于两个结构体的初始化，定时器比较输出结构体以及定时器捕获输入。实现对于PWM模式0的配置，最终对于通道2实现PWM模式0，占空比为25%。

void timer_config(void)
{
    timer_oc_parameter_struct timer_ocintpara; //定时器比较输出初始化结构体
    timer_parameter_struct timer_initpara;    // 定时器捕获输入初始化结构体
 
    rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER1);  // 使用TIM1时钟
    rcu_timer_clock_prescaler_config(RCU_TIMER_PSC_MUL4); //配置定时器时钟和预分频器选择
    timer_deinit(TIMER1);
 
    timer_initpara.prescaler         = 119;   //时钟预分频器
    timer_initpara.alignedmode       = TIMER_COUNTER_EDGE;  //计数器触发方式
    timer_initpara.counterdirection  = TIMER_COUNTER_UP;  //计数器模式选择向上计数
    timer_initpara.period            = 500;  // 定时器周期个数 自动重载值
    timer_initpara.clockdivision     = TIMER_CKDIV_DIV1;  //时钟分频因子
    timer_initpara.repetitioncounter = 0;  //重复计数值
       timer_init(TIMER1,&timer_initpara);  //初始化计数器
 
    timer_ocintpara.ocpolarity  = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;  // 有效电平的极性，可以将有效电平设置成高电平或者低电平
    timer_ocintpara.outputstate = TIMER_CCX_ENABLE;    //配置比较输出模式状态（使能或禁止输出）
    timer_ocintpara.ocnpolarity  = TIMER_OCN_POLARITY_HIGH;  //互补输出有效极性
    timer_ocintpara.outputnstate = TIMER_CCXN_DISABLE;  //互补比较输出状态
    timer_ocintpara.ocidlestate  = TIMER_OC_IDLE_STATE_LOW;  //空闲状态下定时器输出引脚状态
    timer_ocintpara.ocnidlestate = TIMER_OCN_IDLE_STATE_LOW;  //空闲状态定时器互补输出引脚状态
    timer_channel_output_config(TIMER1,TIMER_CH_2,&timer_ocintpara);  //配置定时器通道输出功能
    timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1,TIMER_CH_2,0);  //配置定时器通道输出脉冲值
    timer_channel_output_mode_config(TIMER1,TIMER_CH_2,TIMER_OC_MODE_PWM0);  //配置定时器通道输出比较模式
       timer_channel_output_shadow_config(TIMER1,TIMER_CH_2,TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);  //配置定时器通道输出影子寄存器
 
    timer_auto_reload_shadow_enable(TIMER1);
    timer_enable(TIMER1);
}

4.2 硬件操作

首先使用杜邦线将Timer_CH2（PB10）和 LED 1（PE2）连接到一起，然后将程序下载到开发板，按复位键后可见LED灯由暗变亮，往复循环，如人的呼吸一样，因此称为呼吸灯。通过本实验可以学习到如何使用定时器输出PWM波，以及更新定时器通道寄存器的值。具体实验效果如图6以及附件视频所示。

图6 呼吸灯效果

主文博客链接：https://bbs.huaweicloud.cn/blogs/124244