一、硬件定时器

• 高级控制定时器 Advanced Control Timers (TIM1/TIM8)
• 通用定时器 General Purpose Timers (TIM2/TIM3/TIM4/TIM5)
• 通用定时器 General Purpose Timers (TIM15/TIM16/TIM17)
• 基本定时器 Basic Timers (TIM6/TIM7)

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二、TIM 中 PWM 概念

PWM 的基本原理就是通过 ++ / -- 计数

2.1 PWM 概念

PWM：Pulse width modulation - 脉冲宽度调制 (定时器)

脉冲：方波信号

方波信号：一个高电平和一个低电平组成的波形

脉冲宽度调制：调制一个方波信号中高电平或者低电平的占比

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方波周期：一个方波信号持续的时间

方波频率：单位时间可以生成的方波个数                周期和频率成反比

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周期的单位：s        ms        μs        ns频率的单位：Hz(bps)  KHz(Kbps) MHz(Mbps) GHz(Gbps)

占空比：高电平信号在一个方波周期内的占比

        图1（1）占空比为 50%，（2）占空比为 70%.

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1）PWM 的作用

        通过 PWM 调节周期内高低电平的占比，对基于频率参数控制的外设（蜂鸣器、马达、直流电机等）可以进行更加有效的控制。

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三、分析电路图

底板上的蜂鸣器引脚：PA15 - TIM2_CH1风扇引脚：PC6 - TIM3_CH1震动马达引脚：PC7 - TIM3_CH2

按图 3 - 图 5 所示查找到三个外设的引脚。

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四、分析芯片手册

4.1 定时器介绍

1）介绍

        TIM2/TIM3/TIM4/TIM5 都是通用可编程的定时器。

        通用定时器由一个可编程预分频器驱动的 16 位或 32位自动重载计数器组成。

        它们可用于多种用途：测量输入信号的脉冲长度（输入捕获）或生成输出波形（输出比较和脉冲宽度调制（PWM））。

        利用定时器预分频器和 RCC（复位和时钟控制）时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可在几微秒到几毫秒的范围内进行调制。

        这些定时器之间完全相互独立，不共享任何资源。

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2）主要特性

• 16 位或 32 位向上、向下、向上/向下自动重载计数器。
• 16 位可编程预分频器，可将计数器时钟频率从 1 到 65535 之间的任意系数分频（也可动态分频）。
• 最多 4 个独立通道，用于
  • 输入捕获
  • 输出比较
  • 脉冲宽度调制（PWM）生成（边沿对齐和中心对齐模式）
  • 单脉冲模式输出

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3）功能描述

        定时器基本单元。

        可编程定时器的主要模块是一个带有相关自动重载寄存器的 16 位 / 32 位计数器。计数器可以向上计数、向下计数，或者既向上又向下计数。计数器时钟可由预分频器分频。

        定时器基本单元包括：

• 计数寄存器 - TIMx_CNT
• 分频寄存器 - TIMx_PSC
• 自动重载寄存器 - TIMx_ARR

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4）预分频系数发生变化波形图

4.2 框

        分频器的分频范围: 16 位（分频系数的使用范围: 1 - 65535）；
计数器的计数范围: 16 位（计数数值范围: 0 - 65535）32 位的（计数范围: 0 - (2^32) - 1）；
计数器 / 定时器的计数方式：边沿对齐方式（递增计数方式、递减计数方式 / 向下计数方式）、中心对齐计数方式（先递增再递减计数方式）。

递增计数方式:

        CNT 计数器由分频后的时钟 CK_CNT 驱动工作，每来一个分频后的时钟，CNT 计数器中的值从 0 开始 + 1；
首先，需要设置自动重载寄存器中的值（ARR = 1000）和计数器的计数方式（递增计数方式）；
当计数器开关开始工作时，自动重载寄存器中的值会被加载到计数器，每来 1 个时钟信号，计数器会从 0 开始 + 1；
        直到计数器中的值加到和自动重载寄存器中的值相等时，此时就代表一个 PWM 方波产生了
当产生一个 PWM 方波后，会产生一个溢出事件（标志位），CNT 计数器又会回到 0，重新开始 + 1，循环操作。

递减计数方式:
首先，需要设置自动重载寄存器中的值（ARR = 1000）和计数器的计数方式（递减计数方式）；
当计数器开关工作时，自动重载寄存器中的值（ARR = 1000）会被加载到计数器中，每来 1 个时钟信号，计数器中的值会从 1000 开始 - 1；
直到计数器中的值递减到 0 时，此时就代表一个 PWM 方波产生了；
当产生一个 PWM 方波后，会产生一个溢出事件（标志位），CNT 计数器中的值又会回到 1000，重新开始 - 1，循环操作。

先递增再递减计数方式:
首先，需要设置自动重载寄存器中的值（ARR = 1000）和计数器的计数方式（先递增再递减计数方式）；
当计数器开关开始工作时，自动重载寄存器中的值会被加载到计数器，每来 1 个时钟信号，计数器会从 0 开始 + 1；
当计数器中的值加到和自动重载寄存器中的值相等时，开始递减，也就是每来 1 个时钟信号，计数器会从 1000 开始 - 1；
        直到计数器中的值递减到 0 时，此时就代表一个 PWM 方波产生了；
当产生一个 PWM 方波后，会产生一个溢出事件（标志位），循环上述操作。

目的：为了生成一个自定义脉宽的 PWM 波信号（可以人为改变高低电平占比的方波信号，也就是可以人为改变占空比的方波信号）
生成一个自定义脉宽的方波信号的流程:

1. 准备工作:（默认以初始给出的频率值为频率甲）
   1.1 由 RCC 产生并分配给 TIM 一个分频前的时钟频率 CK_PSC = 160MHz
   1.2 设置分频寄存器中的分频系数 PSC = 160，分频后的时钟频率 CK_CNT = 100MHz，分频后的时钟可以驱动计数工作（递增 / 递减计数）
   1.3 设置自动重载寄存器的值（ARR = 1000），设置计数器的计数方式为递增计数方式，设置捕获比较存储的值 CCR1 = 700
2. 自动重载寄存器中的值（ARR）会被加载到计数器（CNT）中
3. 每来 1 个时钟信号，计数器中的值从 0 开始 + 1
4. 当计数器中的值（CNT）加到和比较 / 捕获寄存器中的值（CCR1）相等时，此时输出的电平发生翻转
5. 接着，计数器中的值继续 + 1，直到加到和自动重载寄存器中的值（ARR）相等时，此时就代表一个自定义脉宽的 PWM 方波产生了

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        分频前时钟 CK_PSC = 160 MHz，分频系数 PSC = 160，自动重载寄存器 ARR = 1000，计数器计数方式为递增计数，捕获/比较寄存器 CCR1 = 700；

        默认输出初始电平为高电平。

则：

分频后的时钟频率 CK_CNT = CK_PSC / PSC = 160MHz / 160 = 1MHz（1s内产生1M个时钟信号）
分频后的时钟周期 = 1 / 分频后的时钟频率 = 1 / 1MHz = 1us（产生一个时钟信号需要1us）

生成的PWM方波的频率 = 分频后的时钟频率CK_PSC / 自动重载寄存器的值ARR = 1MHz / 1000 = 1000Hz = 1KHz
生成的PWM方波的周期 = 1 / 生成的PWM方波的频率 = 1 / 1000Hz = 0.001s = 1ms

生成的PWM方波的周期 = 分频后的时钟周期 * +1次数 = 分频后的时钟周期 * ARR = 1us * 1000 = 1ms
生成的PWM方波的频率 = 1 / 生成的PWM方波的周期 = 1 / 1ms = 1KHz

生成的PWM方波的占空比 = 700 / 1000 * 100% = 捕获/比较寄存器的值CCR1 / 自动重载寄存器的值ARR * 100% = 70%

1. PWM方波的频率、周期 与 分频寄存器的分频系数 PSC、自动重载寄存器的值 ARR 有关；
2. PWM方波的占空比 与 自动重载寄存器的值 ARR、捕获/比较寄存器的值 CCR1、输出的初始电平（有效电平）、PWM 的工作模式 有关。

4.3 边沿对齐方式 - 递增计数

4.4 边沿对齐方式 - 递减计数

4.5 中心对齐计数

4.6 TIMx_CR1 寄存器

1）Bit 6:5

位 6:5 CMS[1:0]：中心对齐模式选择
00：边沿对齐模式。计数器根据方向位（DIR）进行递增或递减计数。
01：中心对齐模式 1。计数器交替进行递增和递减计数。配置为输出的通道（TIMx_CCMRx 寄存器中 CCxS=00）的输出比较中断标志仅在计数器递减计数时置位。
10：中心对齐模式 2。计数器交替进行递增和递减计数。配置为输出的通道（TIMx_CCMRx 寄存器中 CCxS=00）的输出比较中断标志仅在计数器递增计数时置位。
11：中心对齐模式 3。计数器交替进行递增和递减计数。配置为输出的通道（TIMx_CCMRx 寄存器中 CCxS=00）的输出比较中断标志在计数器递增或递减计数时都会置位。
注意：只要计数器使能（CEN=1），就不允许从边沿对齐模式切换到中心对齐模式。

2）Bit 4

位 4 DIR：计数方向位
0：计数器用作向上计数器，递增计数
1：计数器用作向下计数器，递减计数

3）Bit 0

位 0 CEN：计数器使能
0：计数器不使能
1：计数器使能

4.7 TIM_CCMR1 寄存器

1）Bit 7

位 7 OC1CE：输出比较 1 清除使能（通道 1 的输出比较寄存器清除使能位）
0：OC1Ref 不受 ETRF 输入的影响
1：一旦在 ETRF 输入上检测到高电平，OC1Ref 就会被清除

2）Bits 16, 6:4

4.8 TIM_CCER 寄存器

位 3 CC1NP：捕获 / 比较 1 输出极性。
CC1 通道配置为输出：在这种情况下，CC1NP 必须保持清零。

位 1 CC1P：捕获 / 比较 1 输出极性。
CC1 通道配置为输出：
0：OC1 高电平有效 - 通道1的活跃电平（有效电平）为高电平信号，不活跃电平（无效电平）为低电平信号
1：OC1 低电平有效 - 通道1的活跃电平（有效电平）为低电平信号，不活跃电平（无效电平）为高电平信号

位 0 CC1E：捕获 / 比较 1 输出使能 - 通道 1 的捕获 / 比较功能使能
CC1 通道配置为输出：
 0：关闭 - OC1 未激活
 1：开启 - OC1 信号在相应的输出引脚上输出 - 使能比较输出的功能

4.9 TIM_CNT 寄存器

计数器中的值可以人为手动写入；
一般需要手动写入时，应用在对计数器清0 / 设置阀值；
一般计数器中的值从自动重载寄存器（ARR）中来。

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位 31 CNT [31]：计数器值的最高有效位（在 TIM2 和 TIM5 上）
在其他定时器上为保留位。

位 30:16 CNT [30:16]：计数器值的最高有效部分（在 TIM2 和 TIM5 上）

位 15:0 CNT [15:0]：计数器值的最低有效部分

4.10 TIM_PSC 寄存器

分频后的时钟频率 = 分频前的时钟频率 / (PSC寄存器中的值 + 1)

4.11 TIM_ARR 寄存器

4.12 TIM_CCR1 寄存器

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五、CubeMX 配置

以震动马达为例：

将 PC7 引脚配置为 TIM3_CH2 模式，设置 TIM3 的 时钟源和通道 2 的模式

        按照如图所示设定 TIM3 的参数。

        之后和之前一样设置 Debug、时钟频率 160Mhz、工程设置。直接生成代码。

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六、API 接口

6.1 HAL_TIM_PWM_Start 函数

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)

1）功能

        HAL库提供的用于开启某个定时器下某个通道的PWM功能的函数

2）参数

        htim：可以代表TIM3外设控制器的句柄

        Channel：需要开启PWM功能的通道

3）返回值

        成功，返回 HAL_OK（0）

        失败，返回错误码

6.2 __HAL_TIM_SET_COMPARE 宏函数

#define __HAL_TIM_SET_COMPARE(__HANDLE__, __CHANNEL__, __COMPARE__) \(((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_1) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCR1 = (__COMPARE__)) :\((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_2) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCR2 = (__COMPARE__)) :\((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_3) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCR3 = (__COMPARE__)) :\((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_4) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCR4 = (__COMPARE__)))

1）功能

        HAL库提供的用于设置捕获/比较寄存器中数值的函数（向捕获/比较寄存器中写入值）

2）参数

        __HANDLE__：TIM3外设控制器的句柄对象

        __CHANNEL__：需要写入数值的通道（1/2/3/4）

        __COMPARE__：需要写入到捕获/比较寄存器中的值

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七、代码

int main(void)
{/* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_TIM1_Init();MX_TIM3_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_2);/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){for(int i=100;i<=900;i+=100){__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_2,700);HAL_Delay(2000);}/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}