本章以CW32通用定時(shí)器為例介紹單片機(jī)定時(shí)器的用法。

定時(shí)器是單片機(jī)中一個(gè)非常傳統(tǒng)且重要的外設(shè)，定時(shí)器的 本質(zhì)其實(shí)就是一個(gè)計(jì)數(shù)器 ，只不過(guò)被計(jì)數(shù)的對(duì)象是定時(shí)器的時(shí)鐘源。定時(shí)器要正常工作，需要這幾個(gè)要點(diǎn)步驟： 有時(shí)鐘源輸入、計(jì)數(shù)器工作、有一個(gè)可以比較的值（自動(dòng)重裝載值） 。其工作流程是這樣的：計(jì)數(shù)器會(huì)隨著時(shí)鐘源對(duì)時(shí)鐘源提供的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值不斷上漲（或下降），如果計(jì)數(shù)值和自動(dòng)重裝載值一樣，那么計(jì)數(shù)器的值就會(huì)被硬件清零重新計(jì)數(shù)，這個(gè)清零重新計(jì)數(shù)被稱為定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出，這個(gè)事情會(huì)觸發(fā)一個(gè)中斷，被叫做 定時(shí)器溢出中斷 ，也就是說(shuō)，定時(shí)器依靠對(duì)穩(wěn)定的時(shí)鐘源定次數(shù)計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，并且每一個(gè)定時(shí)周期完成都會(huì)產(chǎn)生溢出中斷。

上面講述的就是任何一個(gè)定時(shí)器都會(huì)具備的功能，只要是個(gè)定時(shí)器就會(huì)有，程序上為了方便，關(guān)于上述功能的配置項(xiàng)都被以”base”命名，比如這樣：

看圖中的結(jié)構(gòu)體，這個(gè)結(jié)構(gòu)體的成員同樣對(duì)應(yīng)了定時(shí)器相關(guān)的寄存器，由于定時(shí)器本質(zhì)是一個(gè)計(jì)數(shù)器，所以根據(jù)時(shí)鐘源的選擇，定時(shí)器會(huì)有不同的工作模式，如外部計(jì)數(shù)模式、編碼器模式等。這里選擇定時(shí)器模式（就是開頭介紹的那種工作過(guò)程），之后定時(shí)器會(huì)自動(dòng)選擇單片機(jī)自己工作使用的時(shí)鐘作為時(shí)鐘源，連續(xù)計(jì)數(shù)模式下，定時(shí)器會(huì)自動(dòng)重復(fù)執(zhí)行上述溢出中斷的過(guò)程，預(yù)分頻系數(shù)根據(jù)用戶需要進(jìn)行配置，它和下面的重裝載值共同決定定時(shí)器的溢出周期。

以圖中的配置為例，該定時(shí)器的時(shí)鐘源是48MHz，現(xiàn)在需要一個(gè)50Hz（也就是周期為20ms）的定時(shí)器，該定時(shí)器會(huì)每20ms觸發(fā)一次定時(shí)器中斷。在不進(jìn)行干涉的情況下，定時(shí)器每秒會(huì)計(jì)數(shù)48M次，預(yù)分頻系數(shù)設(shè)置成32之后，定時(shí)器每秒計(jì)數(shù)150萬(wàn)次，將重裝載值設(shè)置為30000，定時(shí)器在每計(jì)數(shù)30000次之后觸發(fā)一次中斷，1秒觸發(fā)50次中斷，正好是需要的50Hz頻率。但是填入的時(shí)候不能直接填入30000，因?yàn)?0000是人類從1開始計(jì)算第一個(gè)數(shù)字得出的結(jié)果，計(jì)算機(jī)的第一個(gè)數(shù)字是0，因此需要在最后減1。圖中的代碼直接列出了上述文字表達(dá)的公式，其中的50就是頻率。

隨后設(shè)置好中斷，完成必要的初始化，定時(shí)器的基本功能就可以使用了，中斷服務(wù)函數(shù)可以在函數(shù)列表中找到。

好的，你已經(jīng)掌握了所有單片機(jī)定時(shí)器的基本用法，不過(guò)細(xì)心的小伙伴肯定想過(guò)：為什么CW32的定時(shí)器叫ATIM、GTIM和BTIM呢？TIM就是timer，也就是定時(shí)器，A是advanced的縮寫，ATIM就是高級(jí)定時(shí)器，GTIM是通用定時(shí)器，BTIM自然是基本定時(shí)器。這是根據(jù)功能對(duì)定時(shí)器資源進(jìn)行劃分的，這么劃分的好處是不需要查手冊(cè)就能通過(guò)代碼直接看出來(lái)某個(gè)定時(shí)器具備什么功能，基本定時(shí)器只具備上述基本功能，通用定時(shí)器額外擁有捕獲/比較功能，高級(jí)定時(shí)器包含通用定時(shí)器所有的功能，而且還有更多其他功能。理論上來(lái)說(shuō)這些附帶的功能都可以通過(guò)代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，但由于很多工業(yè)場(chǎng)景需要用到，所以做到硬件層面會(huì)更加穩(wěn)定，也更方便。

本章使用的是通用定時(shí)器，下面介紹高級(jí)定時(shí)器的捕獲/比較功能，因?yàn)檫@個(gè)功能很常用。

首先需要著重聲明的一點(diǎn)是，捕獲比較功能大概率擁有多個(gè)通道，但是定時(shí)器，也就是上述的基礎(chǔ)功能只有一個(gè)，所以即使使用很多個(gè)捕獲比較通道，其所屬定時(shí)器的定時(shí)周期也是相同的。

下面就來(lái)看看通用定時(shí)器的結(jié)構(gòu)框圖，初看這個(gè)圖可能會(huì)不知所措，我們可以先進(jìn)行簡(jiǎn)單的劃分，框圖上半部分的右側(cè)有一個(gè)16位計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器可以從左側(cè)選擇輸入的時(shí)鐘源，可以對(duì)輸入進(jìn)行分頻?？驁D下半部分展示了定時(shí)器的4個(gè)捕獲比較通道channel1~channel4，通道可以用來(lái)輸出也可以用來(lái)輸入，但同一時(shí)間只能使用輸入|輸出中的一個(gè)功能。筆者剛學(xué)習(xí)單片機(jī)的時(shí)候，不知道通道是什么，總是稀里糊涂的，通道就是讓信號(hào)走的路，放到這里就是說(shuō)， 這個(gè)定時(shí)器擁有4個(gè)可以用來(lái)輸出|輸入的電信號(hào)道路 。那這個(gè)通道輸出的是什么東西呢？

我們都知道，對(duì)電平進(jìn)行周期反轉(zhuǎn)就可以制造方波，而定時(shí)器基本功能就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果，只需要在中斷中反轉(zhuǎn)IO電平即可。但是這樣很不方便，比如我想要在不調(diào)整周期的情況下去控制方波的占空比，這種原始的辦法就會(huì)略顯麻煩，需要在中斷內(nèi)修改定時(shí)器的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了避免這種麻煩，出現(xiàn)了一種帶輸出比較功能的定時(shí)器。理念也很簡(jiǎn)單，定時(shí)器自己有一個(gè)在有限區(qū)間內(nèi)周期性增長(zhǎng)歸零的計(jì)數(shù)器，那我直接設(shè)置一個(gè)新的門限值：當(dāng)這個(gè)自增的計(jì)數(shù)值小于門限時(shí)，輸出高電平；計(jì)數(shù)值大于門限時(shí)，輸出低電平。這就是定時(shí)器的輸出比較功能，對(duì)應(yīng)上圖下半部分右側(cè)的輸出功能。這種方式可以便捷快速地輸出一個(gè)可輕松修改占空比的方波，而這種對(duì)信號(hào)的處理方式，也叫做 脈寬調(diào)制（Pulse-width modulation），簡(jiǎn)稱PWM ，用這種方式輸出的方波也叫做PWM波。

現(xiàn)在來(lái)看使用PWM功能需要進(jìn)行哪些操作。先思考，除去基本的定時(shí)器配置之外，PWM需要用到捕獲比較通道，那必然會(huì)有對(duì)比較捕獲功能相關(guān)寄存器的配置，它需要輸出一個(gè)波，那必定會(huì)有引腳相關(guān)的初始化。

下面看代碼：首先當(dāng)然是對(duì)IO的初始化，相信經(jīng)過(guò)對(duì)前幾章的閱讀，讀者必定是能輕松配置GPIO了，這里著重介紹對(duì)PWM輸出功能的配置。第一步當(dāng)然是找到輸出比較功能的函數(shù)，輸出比較的英文是output compare，簡(jiǎn)寫是OC，所以直接找到函數(shù)“通用定時(shí)器_輸出比較初始化”。這個(gè)函數(shù)有3個(gè)參數(shù)，按順序分別表示要初始化的定時(shí)器是哪個(gè)、要初始化的通道是哪個(gè)、以及這個(gè)通道的輸出模式。 輸出模式就是設(shè)定：當(dāng)計(jì)數(shù)值大于|小于門限值的時(shí)候，是該輸出高電平還是低電平 。這里設(shè)定的是計(jì)數(shù)值小于門限時(shí)輸出高電平。第二步就是設(shè)置這個(gè)關(guān)鍵的門限值，我們可以直接找到“通用定時(shí)器_設(shè)置比較1”來(lái)設(shè)置門限值，這里我把門限值設(shè)定為重裝載值的一半，最后的效果就是輸出一個(gè)占空比50%的方波。

對(duì)占空比的修改不一定需要用到這個(gè)設(shè)置占空比的函數(shù)，我們可以直接修改寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn) 。單片機(jī)中，存儲(chǔ)這個(gè)門限值的是一個(gè)叫做CCR的寄存器，所以為什么叫CCR？沒(méi)錯(cuò)，他原名叫Capture Comparison Register，所以就簡(jiǎn)寫為CCR。定時(shí)器的每一個(gè)通道都有一個(gè)自己的捕獲比較寄存器，所以CCR一共有四個(gè)，故而上圖那個(gè)設(shè)置門限值的函數(shù)也有4個(gè)，但是由于整個(gè)寄存器都只用來(lái)裝這一個(gè)值，所以我們修改的時(shí)候可以直接操作寄存器修改，就像這樣 CW_GTIM1->CCR1=0 ，我們也可以直接對(duì)這個(gè)賦值號(hào)左側(cè)的部分進(jìn)行自增操作或是別的什么操作都可以，但是寫入操作僅限于作為輸出模式時(shí)使用。

下面就是緊張刺激的驗(yàn)證環(huán)節(jié)了，筆者手上沒(méi)有可以接的用來(lái)發(fā)光的燈泡，所以直接用萬(wàn)用表測(cè)量輸出引腳的電壓來(lái)驗(yàn)證PWM功能，萬(wàn)用表在測(cè)量方波時(shí)，會(huì)顯示該方波的平均值，所以如果PWM正常，萬(wàn)用表的直流檔會(huì)顯示1.65V左右的電壓，交流檔會(huì)顯示3.3V的電壓，這里我為了使現(xiàn)象更明顯，在中斷中對(duì)PWM波的占空比進(jìn)行周期性修改。

經(jīng)過(guò)測(cè)量，占空比50%時(shí)，PA6輸出電壓為1.62V，算上誤差這個(gè)在預(yù)期結(jié)果內(nèi)。而加入中斷的代碼后，萬(wàn)用表示數(shù)會(huì)周期性跳變，符合預(yù)期結(jié)果，可以認(rèn)定該配置下，PWM功能正常工作。

審核編輯 黃宇