[STM32] 06-Timer-Basic

Morgan Ting

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閱益如美

11 min readJul 22, 2021

Timer 計時器是微處理器重要的功能之一，延遲、時間計數是常運用在專案中。本文章介紹STM32F103C8T6 內含的 Timer 種類並搭配 Hardware Abstraction Layer, HAL 函式庫做基礎的計時功能演示。

文章內容

TIMER 簡介
計數原理
HAL 函式庫
實作
總結

材料

Blue Pill ( STM32F103C8T6) 開發板
ST-LINK v2 燒錄器
LED *1
220 Ω電阻*1

TIMER 簡介

STM32F103C8T6 有不同類型的封裝型態因此同型號不同包裝有些許差異，本文章使用的 Blue Pill 開發板是搭載 LQFP48 封裝的晶片，其內含一個進階 Timer 與四個通用 Timer。

計數原理

所有 Timer 的計時原理大致上都是利用時脈訊號作為觸發去 tick 踢計時器，計時器內部有計數器 counter 計算被踢了幾下，由於觸發訊號具有週期性因此可以知道每經過多久會踢一下計時器，如此就可以知道經過多少時間。

用來踢計時器的觸發訊號可以是外部訊號例如利用訊號產生器做實驗或是一個可以產生週期訊號的震盪電路，也可以是晶片內部的時脈。

從 Timer 的系統圖可以了解無論是外部或內部時脈進入計數器前會先經過一個 Prescaler 分頻器，Prescaler 的功能是把訊號頻率降低，由於計數器有資料長度限制如果踢太快那麼計數器很快就計數溢位這對於長時間延遲需求是個困擾。

計數器的計數方式有上數、下數、中心對齊 ( 上數 + 下數 )，等 3 種方式。

以上數方式為例，計數器從 0 開始往上累加每一次加 1 ，累加的速度由觸發時脈決定，當累加到指定數值就歸零，此時觸發溢位中斷事件告訴系統計數完一趟了。該指定數值是儲存在名為 TIMx_ARR 的 16 位元暫存器中，最大值為 65535 。

下數方式是從 TIMx_ARR 內含值往下計數一直到 0 後重新將 TIMx_ARR 值載入，觸發溢位中斷事件，如此完成一個計數週期。

中心對齊是從 0 開始上數到 ( TIMx_ARR — 1 ) 此時觸發溢位中斷事件，然後往下數到 1 觸發溢位中斷事件，最後再從 0 開始新的計數週期。

STM32 的 Timer 並不是直接從系統時脈獲得而是先經過 APB1 這個 CPU 與周邊裝置的橋接器，系統時脈經過APB 1 的分頻器後才會進入 Timer 內部時脈 CK_INT。

假設 APB 1 不做分頻那麼 Timer 時脈頻率最大 72 MHz ，分頻器可以讓使用者設定分頻係數，經過分頻器的週期訊號就會以固定時間踢計數器，因此計算時間就是這三項要素：Timer 時脈頻率、分頻係數、計數上限。

例如要得到 1 秒鐘我們可以這樣設定：分頻係數 36000，計數上限 2000，

72 MHz / 36000 = 2000 Hz ， 2000 Hz 頻率換算成週期就是 1 / 2000 = 0.5 ms。

每 0.5 ms 踢一下計數器那麼踢 2000 下就是 0.5m * 2000 = 1000 ms = 1 s。踢完 2000 下耗時 1 秒。

HAL 函式庫

利用 HAL 函式庫可以省下設定暫存器的功夫，以下介紹本次使用 Timer 2 相關的幾個 HAL 函數。

HAL_TIM_Base_Start(&htim2) 啟動計時器
HAL_TIM_Base_Stop(&htim2) 停止計時器
__HAL_TIM_GET_COUNTER (&htim2) 讀取計數器內容值
__HAL_TIM_SET_COUNTER (&htim2 , value) 設定計數器內容值

實作

實作練習目標是利用 Timer 2 每隔一秒鐘改變位於 PA1 的 LED 燈狀態，使用輪詢法藉由讀取計數器內容值判斷是否達到需求時間。

一、新增一個專案，在歡迎頁面點擊 Start new STM32 project。

二、Target Selection 頁面在搜尋欄上輸入 F103C8 找到 STM32F103C8T6 ，選取後按 Next。

三、輸入專案名稱後按 Finish。

四、在 Pinout 頁面上設定 I / O 腳位，因為 LED 燈接在 PA1 上所以把 PA1 設為輸出。

滑鼠點選 PA1 出現選單，選「GPIO Output」。緊接著，我們給 PA1 取個別名比較有識別性，在 PA1 上按滑鼠右鍵選「 User Label 」後輸入 LED 作為 PA1 腳位的別名。

五、在「catagories」項目下點選 Timers 設定計時器，可以看到有 RTC 與 TIM1 ~ TIM4，點選 TIM2 通用計時器。Clock Source 選擇「 Internal Clock 」內部時脈。

底下 configuration 的部分設定分頻係數，因為Timer 上一層時脈源不做分頻因此會得到 72 MHz 計時器時脈頻率，我們把 prescaler 分頻係數設為 36000 這樣計時器時脈頻率就會變成 72 M / 36000 = 2000 Hz ，注意到設定分頻係數時該數字要減 1 ，所以 prescaler 項目填 ( 36000–1 )，其餘參數使用預設數值。

六、「categories 」當中的「SYS」設定「Debug」選擇「 Serial Wire 」。

「categories 」當中的「RCC」設定時脈來源，點選「High Speed Clock (HSE) 」選擇「Crystal / Ceramic Resonator」外部震盪器。

七、「 Clock configuration 」設定時脈來源，因為 Blue Pill 有外接 8 MHz 震盪器所以可以選擇外接震盪器做為時脈來源。目標是 APB1 Timer Clocks 設為 72 MHz 。

「PLL Source Mux 」選擇「HSE」。
「PLL Mul 」選擇 9 倍。
「System Clock Mux 」選擇「PLLCLK」。
「APB1 Prescaler 」選擇 2 。

八、「 Project Manager 」當中「Project 」確認一下專案名稱與儲存位置，一般而言不需做任何設定。「Code Generator 」可以設定「 Copy only the necessary library files」複製必要的函式庫道專案目錄中。完成後可以按「Ctrl + S」存檔或上方命令列「Project」==> 「Generate Code」產生初始化程式碼。

程式一開始我們可以利用 HAL 函式庫啟動 Timer ，其函式為 HAL_TIM_Base_Start(htim2);

當中的參數 htim2 是指 TIM2 計時器。若忘記函式名稱可以在輸入 HAL_TIM 後按下「Ctrl + 空白鍵」出現相關函式可以選擇，相當方便。

接下來就可以來撰寫主要的程式邏輯了，我們的想法是一直讀取計數器內容值若等於 2000 代表時間過了 1 秒鐘，此時改變 LED 燈腳位狀態來點亮或關閉 LED 燈，並且將計數器內容清零。

if( __HAL_TIM_GetCounter(&htim2) >= 2000) // if counter >= 2000{HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin); // toggle LED pin__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0);  // set counter as 0}