嵌入式学习（十六）—STM32 定时器（一）PWM输出
文章概述：
一、STM32定时器分类
二、三种定时器(高级&通用&基本)区别
三、通用定时器的特性(以TIM2.TIM3,TIM4.TIM5为例)
四、计数器模式
五、定时器框图分析
六、PWM输出
七、PWM编程
一、STM32定时器分类众多，按照内核、外核标准分为两部分：核内定时器+核外定时器
1）核内定时器：Systick
2）外设定时器：特定应用定时器+常规定时器
3）特定应用定时器：LPTIM,RTC,WTD,HRTIM
4）常规定时器：基本定时器TIM6&TIM7）、通用定时器（TIM2~TIM5，TIM9~TIM14）、高级定时器（TIM1&TIM8）
【常规定时器：
基本定时器：计划没有任何对外输入/输出，常用作时基，实现基本的计数和定时功能。
通用定时器：除了基本的定时器的时基功能外，还可以对外作输入捕获、输出比较以及连接其他传感器接口（除了编码器和霍尔传感器）
高级定时器：此类的定时器功能强大，除了具备通用的定时器的功能外，还包含一些与电机控制和数字电源应用的相关功能，比方带死区控制的互补信号输出、紧急刹车关断输入控制。】
按照计数器的位宽来分：分为3部分
1）16bit定时器
2）32bit定时器（TIM2、TIM5）
3）24bit定时器（Systick）
二、三种定时器(高级&通用&基本)区别
对于STM32F4XX，三种定时器（高级、通用、基本)的区别如下表
三、通用定时器的特性(以TIM2.TIM3,TIM4.TIM5为例)
1）16bit/32bit递增、递减、递增/递减（中心对齐）计数模式，自动重载计数器；
2）16bit可编程预分频器（可实时修改），用于对计数器时钟进行分频，分频系数介于1~65535之间；
3）多达4个独立通道
--输入捕获
--输出比较
--PWM生成（边沿和中心对齐模式）
--单脉冲模式输出
4）可使用外部信号（TIMx_ETR）控制定时器和定时器互连（可以用1个定时器控制另外一个定时器）同步电路
5）如下事件发生时，可以产生中断/DMA请求（6个独立的IRQ/DMA请求生成器）
更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化（通过软件或内部/外部触发）
触发事件（计数器启动、停止、初始化或由内部/外部触发计数）
输入捕获
输出比较
会吃针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路
触发输入作为外部时钟或按周期的电流管理
6）STM32的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）
7)使用定时器预分频器和RCC时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个us到几个毫秒之间调整。SMT32的每个通用定时器都是完全独立的，没有互相共享的任何资源。
四、计数器模式
通用定时器可以向上、向下、向上/向下双向计数模式
向上计数模式：计数器从0计数到自动加载值（TIMx_ARR）,然后重新从0开始计数并且产生一个计数器向上溢出事件
向下计数模式：计数器从自动装入的值(TIMx_ARR)向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始，并产生一个计数器向下溢出事件
向上/向下双向计数模式（中央对齐模式）
五、定时器框图分析
框图可以分为以下4个部分
第一部分：定时器时钟源
定时器时钟可由下列时钟源提供：
内部时钟（CK_INT）(内部RCC提供的时钟)
外部时钟模式1：外部输入引脚（TIx）
外部时钟模式2：外部触发输入（ETR），仅适用于TIM2,TIM3,TIM4
内部触发输入(ITRx)：使用一个定时器作为另外一个定时器的预分频器，例如可以将定时器配置为定时器2的预分频器
第二部分：时基单元：主要包括预分频寄存器(TIMx_PSC)、自动重装载寄存器（TIMx_ARR）、计数器寄存器(TIMx_CNT)
第三部分：输入捕获通道
第四部分：输出比较通道
六、PWM输出
PWM输出主要用到定时器框图中的第四部分：时基单元和输出比较通道
PWM工作过程(通道1为例)
CCR1:捕获/比较值寄存器(x=1,2,3,4),设置比较值
CCMR1:OC1M[2:0]位：对于PWM方式下，用于设置PWM模式1【110】或PWM模式2【111】
CCER:CC1P位：捕获/比较1输出极性，0：高电平有效，1：低电平有效
CCER:CC1E位：捕获/比较1输出使能，0：OC1关闭，1：OC1打开
PWM模式1；在递增计数模式下，只要 TIMx_CNT<TIMx_CCR1，通道 1 便为有效状态，否则为无效状态。在递减计数模式下，只要 TIMx_CNT>TIMx_CCR1，通道 1 便为无效状态 (OC1REF=0)，否则为有效状态 (OC1REF=1)。
PWM模式2：在递增计数模式下，只要 TIMx_CNT<TIMx_CCR1，通道 1 便为无效状态，否则为有效状态。在递减计数模式下，只要 TIMx_CNT>TIMx_CCR1，通道 1 便为有效状态，否则为无效状态。
注意：在 PWM 模式 1 或 PWM 模式 2 下，仅当比较结果发生改变或输出比较模式由“冻结”模式切换到“PWM”模式时， OCREF 电平才会发生更改
如下图就是PWM模式2的例子
当配置某个IO口为PWM1模式，TIMx_CNT<TIM_CCR1，通道1无效，输出低电平，当TIMx_CNT>=TIM_CCR1，通道1有效，输出高电平。
PWM模式本质是可以产生一个由TIMx_ARR寄存器确定频率，由TIMx_CCRx寄存器确定占空比的信号。在TIMx_CCMRx寄存器中的OCxM位写入"110-PWM模式1"，"111-PWM模式2"，能够独立地设置每个OCx输出通道产生一路PWM，必须设置TIMx_CCMRx寄存器OCxPE位以使能相应的预装载寄存器，最好还要设置TIMx_CR1寄存器的ARPE位，（在向上计数或中心对称模式中）使能自动重装载的预装载寄存器。
注意：此处提到的“必须设置TIMx_CCMRx寄存器OCxPE位以使能相应的预装载寄存器...”目的是满足一些特殊的需求，使能预装载的意义在于可以多个通道同时输出时，时序能准确地同步。网上的一段有意义的解释是：设计preload register和shadow register的好处是，所有真正需要起作用的寄存器(shadow register)可以在同一个时间(发生更新事件时)被更新为所对应的preload register的内容，这样可以保证多个通道的操作能够准确地同步。如果没有shadow register，或者preload register和shadow register是直通的，即软件更新preload register时，同时更新了shadow register，因为软件不可能在一个相同的时刻同时更新多个寄存器，结果造成多个通道的时序不能同步，如果再加上其它因素(例如中断)，多个通道的时序关系有可能是不可预知的。可见如果只是单通道输出，多通道输出时没时序精准的同步更新要求，不使能也可以的。
七、PWM编程
1）要求：使用TIM14的PWM功能，输出频率不变，占空比变化的PWM波，驱动LED灯，达到LED的亮度由暗变亮，由从亮变暗，如此往复。
2）编程步骤
2-1,使能定时器时钟和对应的GPIO时钟，
2-2 初始化IO口为复用功能输出，并将复用功能映射到对应的定时器
2-3 初始化定时器，ARR,PSC等
2-4 初始化输出比较参数
2-5 使能预装载寄存器和ARPE位
2-6 使能定时器
2-7不断改变比较值CCRx,达到不同的占空比；
在功能函数中，我们初始化要设置好arr和psc,TIM14采用的APB1（42MHz）经过2倍的倍频获得的频率(84MHz)，预分频系数设置为84，那么PWM的频率为1MHZ，自动重装载值arr=500，则PWM的频率为1MHZ/500=2kHz。
TIM14_PWM_Init(500-1,84-1); //1Mhz的计数频率,2Khz的PWM.
u16 led0pwmval=0;
u8 dir=1;
pwm_func{
if(dir)led0pwmval++;
else led0pwmval--;
if(led0pwmval>300)dir=0;//实测当TIM_CNT大于300时，亮度变化不明显，故此处设置为300为最亮
if(led0pwmval==0) dir=1;
TIM14->CCR1 =led0pwmval;
