四、GD32 MCU 常见外设介绍 (5) TIMER 模块介绍

  • 开发
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 5.1.TIMER 基础知识

TIMER分高级定时器，通用定时器L0，L1，L2和基本定时器。

5.2.硬件连接说明

TIMER 属于片内外设，对于外部硬件设计，只需要单独IO口外接信号线即可。

5.3.GD32 TIMER 外设原理简介（以 GD32F30X 的高级定时器为例）

GD32 TIMER 主要特性

◼ 总通道数： 4；

◼ 计数器宽度： 16位；

◼ 定时器时钟源可选：内部时钟，内部触发，外部输入，外部触发；

◼ 多种计数模式：向上计数，向下计数和中央计数；

◼ 正交编码器接口：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；

◼ 可编程的预分频器： 16位。运行时可以被改变；

◼ 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；

◼ 自动重装载功能；

◼ 可编程的计数器重复功能；

◼ 中止输入功能；

◼ 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。

TIMER 结构框图介绍

5.4.软件配置说明

定时中断 TIMER4

通用定时器L0（TIMER1/2/3/4） 是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。通用定时器L0计数器是16位无符号计数器。通用定时器L0是可编程的，可以被用来计数，其外部事件可以驱动其他定时器。

这一章，将使用定时器产生中断，然后在中断服务函数里面翻转 LED上的电平，来指示定时器中断的产生。接下来我们以通用定时器 TIMER4 为实例，来说明要经过哪些步骤，才能达到这个要 求，并产生中断。定时器配置步骤如下：

1)TIMER4 时钟使能

rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER4);

2) 初始化定时器参数,设置自动重装值，分频系数，计数方式等

在库函数中，定时器的初始化参数是通过初始化函数timer_parameter_struct 实现的：

void timer_init(uint32_t timer_periph, timer_parameter_struct* initpara);

第一个参数是确定是哪个定时器，这个比较容易理解。第二个参数是定时器初始化参数结构体指针，结构体类型为timer_parameter_struct ，下面我们看看这个结构体的定义：

/* TIMER init parameter struct definitions */
typedef struct
{ 
 uint16_t prescaler; /*!< prescaler value */
 uint16_t alignedmode; /*!< aligned mode */
 uint16_t counterdirection; /*!< counter direction */
 uint32_t period; /*!< period value */
 uint16_t clockdivision; /*!< clock division value */
 uint8_t repetitioncounter; /*!< the counter repetition value */
}timer_parameter_struct;

针对 TIMR4 初始化范例代码格式

 timer_initpara.prescaler = 5999; //30M/6000 =500Hz
 timer_initpara.alignedmode = TIMER_COUNTER_EDGE;
 timer_initpara.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP;
 timer_initpara.period = 4000-1; //800ms
 timer_initpara.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1;
timer_init(TIMER4, &timer_initpara);

对于定时器定时周期的计算，设 TIMER4 的经过总线分频后得到的时钟为 30MHz，通过预分频 5999，得到 TIMER4 每个计 数的时钟为 1/（30MHz / (5999+1)） =0.2ms，4000 得到的周期为 0.2ms *4000 =800ms

3）设置 TIMER 允许更新中断

因为我们要使用 TIMER4 的更新中断，寄存器的相应位便可使能更新中断。在库函数里面定时器中断使能是通过timer_interrupt_enable函数来实现的：

void timer_interrupt_enable(uint32_t timer_periph, uint32_t interrupt);

第一个参数是选择定时器号，这个容易理解。

第二个参数非常关键，是用来指明我们使能的定时器中断的类型。

4） TIMER4 中断优先级设置

在定时器中断使能之后，因为要产生中断，必不可少的要设置 NVIC 相关寄存器，设置中断优先级。通过nvic_irq_enable 函数实现中断优先级的设置。

针对 TIMR4 初始化范例代码格式

nvic_irq_enable(TIMER4_IRQn, 1, 1);

 5）允许 TIMER工作，也就是使能 TIMER

光配置好定时器还不行，没有开启定时器，照样不能用。我们在配置完后要开启定时器，在固件库里面使能定时器的函数是通过timer_enable函数来实现的

void timer_enable(uint32_t timer_periph)

这个函数非常简单，比如我们要使能TIMER4，方法为：

timer_enable(TIMER4);

6）编写中断服务函数

在最后，还是要编写定时器中断服务函数，通过该函数来处理定时器产生的相关中断。中断产生后，通过状态寄存器的值来判断此次产生的中断属于什么类型。然后执行相关的操作，我们这里使用的是更新（溢出）中断，在处理完中断之后应来清除该中断标志。

在固件库函数里面，用来读取中断状态寄存器的值判断中断类型的函数是：

FlagStatus timer_interrupt_flag_get(uint32_t timer_periph, uint32_t interrupt)

该函数的作用是，判断定时器 TIMER 的中断类型，并判断是否发生中断。

针对 TIMR4 中断服务函数范例代码：

void TIMER4_IRQHandler(void)
{
 if(SET == timer_interrupt_flag_get(TIMER4, TIMER_INT_UP)){
 /* clear channel 0 interrupt bit */
 timer_interrupt_flag_clear(TIMER4, TIMER_INT_UP);
 gd_eval_led_toggle(LED2);
 }
}

PWM 输出 TIMER0

高级定时器（TIMER0和TIMER7）是四通道定时器，支持输入捕获和输出比较。可以产生PWM信号控制电机和电源管理。高级定时器含有一个16位无符号计数器。高级定时器是可编程的，可以用来计数，其外部事件可以驱动其他定时器。高级定时器包含了一个死区时间插入模块，非常适合电机控制。

本章，我们使用的是 TIMER0的通道0 输出 PWM（脉冲宽度调制）。

下面我们介绍通过库函数来配置该功能的步骤:

（1）开启 TIMER0 和 GPIO 时钟，配置 PA8复用功能输出。

rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER0);
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_8);

这里还需要说明一下， 对于定时器通道的引脚关系，引脚的IO口

这里补充说明下关于TIMER的相关GPIO口的命名

TIMERx_CHx : 定时器通道x

TIMERx_CHx_ON :定时器反向通道

TIMERx_BRKIN :刹车引脚

TIMERx_ETI:外部时钟输入

（2）初始化 TIMER0 ,设置 TIMER0 的预分频和周期等参数, ，在上一节定时器中断章节我们已经有讲解，这里就不详细讲解，调用的格式为

timer_initpara.prescaler = 5999;
 timer_initpara.alignedmode = TIMER_COUNTER_EDGE;
 timer_initpara.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP;
 timer_initpara.period = 4000;
 timer_initpara.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1;
 timer_initpara.repetitioncounter = 0;
timer_init(TIMER0, &timer_initpara);

3）设置 TIMER0_CH0 的 PWM 模式， 使能 TIMER0 的 CH0 输出。 在库函数中， PWM 通道设置是通过函数timer_channel_output_config来设置的

void timer_channel_output_config(uint32_t timer_periph, uint16_t channel, timer_oc_parameter_struct* ocpara)

我们直接来看看结构体timer_oc_parameter_struct的定义：

typedef struct
{ 
 uint16_t outputstate; /*!< channel output state */
 uint16_t outputnstate; /*!< channel complementary output state */
 uint16_t ocpolarity; /*!< channel output polarity */
 uint16_t ocnpolarity; /*!< channel complementary output polarity */
 uint16_t ocidlestate; /*!< idle state of channel output */
 uint16_t ocnidlestate; /*!< idle state of channel complementary output */
}timer_oc_parameter_struct;

 针对 TIMR0 CH0 初始化范例代码格式

/* CH0, CH1 and CH2 configuration in PWM mode */
 timer_ocinitpara.outputstate = TIMER_CCX_ENABLE;
 timer_ocinitpara.outputnstate = TIMER_CCXN_DISABLE;
 timer_ocinitpara.ocpolarity = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;
 timer_ocinitpara.ocnpolarity = TIMER_OCN_POLARITY_HIGH;
 timer_ocinitpara.ocidlestate = TIMER_OC_IDLE_STATE_LOW;
 timer_ocinitpara.ocnidlestate = TIMER_OCN_IDLE_STATE_LOW;
timer_channel_output_config(TIMER0, TIMER_CH_0, &timer_ocinitpara);

4）设置PWM输出以及脉冲宽度占空比

timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER0, TIMER_CH_0, 2000);
 timer_channel_output_mode_config(TIMER0, TIMER_CH_0, TIMER_OC_MODE_PWM0);
 timer_channel_output_shadow_config(TIMER0, TIMER_CH_0, TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);
 timer_primary_output_config(TIMER0,ENABLE);

5）使能 TIMER0

在完成以上设置了之后，我们需要使能 TIMER0。使能 TIMER0 的方法前面已经讲解过：

timer_enable(TIMER0);

通过以上 5 个步骤，我们就可以控制 TIMER0的 CH0 输出 PWM 波了。这里特别提醒一下大家，高级定时器虽然和通用定时器类似，但是高级定时器要想输出 PWM,必须多额外加一条函数

void timer_primary_output_config(uint32_t timer_periph, ControlStatus newvalue);

输入捕获 TIMER2

通用定时器L0（TIMER1/2/3/4） 是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。通用定时器L0计数器是16位无符号计数器。通用定时器L0是可编程的，可以被用来计数，其外部事件可以驱动其他定时器。

本章要实现通过输入捕获，来获取TIMER2_CH0(PA6)上面的下降沿，下面我们介绍库函数配置上述功能输入捕获的步骤：

1）开启 TIMER2 时钟，配置 PA6为复用功能，并开启上拉电阻。

rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2);
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IPU, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6); //INCUPTURE -TIMER2

跟上一讲 PWM 输出类似，这里我们使用的是定时器2的通道 0，所以我们从对应的数据手册可以查看到对应的 IO 口为 PA6: 

 2） 初始化定时器参数,设置自动重装值， 分频系数，计数方式等

/* TIMER2 configuration */
 timer_initpara.prescaler = 5999;
 timer_initpara.alignedmode = TIMER_COUNTER_EDGE;
 timer_initpara.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP;
 timer_initpara.period = 4000;
 timer_initpara.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1;
timer_init(TIMER2, &timer_initpara);

 3）设置 TIMER2 的输入捕获参数，开启输入捕获

库函数是通过 timer_input_capture_config 函数来初始化输入比较参数的： timer_input_capture_config(TIMER2,TIMER_CH_0,&timer_icinitpara);

同样，我们来看看参数设置结构体 TIM_ICInitTypeDef 的定义：

typedef struct
{ 
 uint16_t icpolarity; /*!< channel input polarity */
 uint16_t icselection; /*!< channel input mode selection */
 uint16_t icprescaler; /*!< channel input capture prescaler */
 uint16_t icfilter; /*!< channel input capture filter control */
}timer_ic_parameter_struct;

我们的配置代码是：

/* initialize TIMER channel input parameter struct */
 timer_channel_input_struct_para_init(&timer_icinitpara);
 /* TIMER2 CH0 input capture configuration */
 timer_icinitpara.icpolarity = TIMER_IC_POLARITY_RISING;
 timer_icinitpara.icselection = TIMER_IC_SELECTION_DIRECTTI;
 timer_icinitpara.icprescaler = TIMER_IC_PSC_DIV1;
 timer_icinitpara.icfilter = 0x0;
timer_input_capture_config(TIMER2,TIMER_CH_0,&timer_icinitpara);

4） 使能捕获中断和NVIC

timer_interrupt_enable(TIMER2,TIMER_INT_CH0);
nvic_irq_enable(TIMER2_IRQn, 1, 1);

5） 编写中断服务函数

void TIMER2_IRQHandler(void){……}

 6） 使能定时器

timer_enable(TIMER2);

通过以上 6 步设置，定时器 2 的通道 0 就可以开始输入捕获了

外部时钟输入 TIMER1

通用定时器L0（TIMER1/2/3/4） 是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。通用定时器L0计数器是16位无符号计数器。通用定时器L0是可编程的，可以被用来计数，其外部事件可以驱动其他定时器。

本章要实现使用TIMER1 PA0 作为时钟输入引脚，配置流程：

（1）使能GPIO，TIMER 时钟和GPIO口复用配置

rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER1);
gpio_init(GPIOA,GPIO_MODE_IN_FLOATING,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_0);

（2）通过查看数据手册，可以看到TIMER1_CH0_ETI，根据前面所讲，是可以支持外部时钟输入的。

TIMER的结构体，初始化定时器参数,设置自动重装值， 分频系数，计数方式等

//ETI
 timer_initpara.prescaler = 1; // 2 分频
 timer_initpara.alignedmode = TIMER_COUNTER_EDGE;
 timer_initpara.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP;
 timer_initpara.period = 65535;
 timer_initpara.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1;
 timer_initpara.repetitioncounter = 0;
 timer_init(TIMER1,&timer_initpara);
timer_enable(TIMER1);

（3）配置TIMER的时钟来源和时钟源处理的配置

timer_input_trigger_source_select(TIMER1,TIMER_SMCFG_TRGSEL_ETIFP);
timer_external_clock_mode1_config(TIMER1, TIMER_EXT_TRI_PSC_OFF, TIMER_ETP_RISING, 0);

（4）使能TIMER

timer_enable(TIMER1);

5.5.TIMER 使用注意事项

TIMER 高级定时器 做定时用的时候（使用到UPDAT中断），在产生中断之后，高级定时器的其他所有的状态标志位会被置位，但是不会置位中断标志位.

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