一、引言
在嵌入式系统开发中，定时器是一种非常重要的外设，它可以用于生成精确的时间延迟、定时执行任务、产生 PWM 信号等。STM32F407 是一款高性能的 32 位微控制器，它提供了多个通用定时器，这些定时器具有丰富的功能和灵活的配置选项。HAL（Hardware Abstraction Layer）库是 ST 公司为 STM32 系列微控制器提供的一种硬件抽象层库，它可以简化开发过程，提高开发效率。本文将详细介绍如何使用 STM32F407 的 HAL 库来配置和使用通用定时器中断。
二、STM32F407 通用定时器概述
2.1 通用定时器特性
STM32F407 的通用定时器（TIM2 - TIM5、TIM9 - TIM14）具有以下特性：
- 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，用于对计数器时钟频率进行分频。
- 4 个独立的通道，可用于输入捕获、输出比较、PWM 生成和单脉冲模式输出。
- 可使用外部信号（ETR）控制定时器。
- 支持定时器级联功能，可实现更长的定时时间。
- 支持触发输入，可用于启动定时器、复位定时器等。
2.2 定时器时钟源
通用定时器的时钟源可以有以下几种选择：
- 内部时钟源（CK_INT）：这是最常用的时钟源，它来自于 APB 总线时钟。
- 外部时钟源 1（ETR）：通过外部触发输入引脚 ETR 提供时钟信号。
- 外部时钟源 2（TIx）：通过定时器的输入捕获通道 TIx 提供时钟信号。
- 内部触发输入（ITR）：用于定时器级联时，一个定时器的输出可以作为另一个定时器的时钟源。
三、开发环境搭建
3.1 硬件准备
- STM32F407 开发板。
- USB 线，用于连接开发板和计算机。
3.2 软件准备
- Keil MDK - ARM：一款常用的嵌入式开发工具，用于编写、编译和调试 STM32 程序。
- STM32CubeMX：ST 公司提供的图形化配置工具，用于生成 STM32 的初始化代码。
四、编写定时器中断服务函数
4.1 打开生成的工程
使用 Keil MDK - ARM 打开 STM32CubeMX 生成的工程。
4.2 编写定时器中断服务函数
在stm32f4xx_it.c文件中，可以找到定时器中断服务函数的声明：
void TIM2_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN TIM2_IRQn 0 */
/* USER CODE END TIM2_IRQn 0 */
HAL_TIM_IRQHandler(&htim2);
/* USER CODE BEGIN TIM2_IRQn 1 */
/* USER CODE END TIM2_IRQn 1 */
}
在/* USER CODE BEGIN TIM2_IRQn 1 */和/* USER CODE END TIM2_IRQn 1 */之间编写定时器中断处理代码。例如，我们可以在中断处理函数中翻转一个 LED 的状态：
#include "main.h"
extern TIM_HandleTypeDef htim2;
extern GPIO_TypeDef* LED_GPIO_Port;
extern uint16_t LED_Pin;
void TIM2_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN TIM2_IRQn 0 */
/* USER CODE END TIM2_IRQn 0 */
HAL_TIM_IRQHandler(&htim2);
/* USER CODE BEGIN TIM2_IRQn 1 */
HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
/* USER CODE END TIM2_IRQn 1 */
}
4.3 初始化 LED 引脚
在main.c文件中，初始化 LED 引脚：
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
TIM_HandleTypeDef htim2;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* USER CODE BEGIN PV */
#define LED_GPIO_Port GPIOA
#define LED_Pin GPIO_PIN_5
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_TIM2_Init(void);
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_TIM2_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); // 启动定时器并使能中断
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}
static void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
/*Configure GPIO pin : LED_Pin */
GPIO_InitStruct.Pin = LED_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(LED_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
}
static void MX_TIM2_Init(void)
{
TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 8399;
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim2.Init.Period = 9999;
htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
五、代码解释
5.1 定时器初始化
在MX_TIM2_Init函数中，对定时器 TIM2 进行初始化配置：
htim2.Instance = TIM2;：指定使用的定时器为 TIM2。htim2.Init.Prescaler = 8399;：设置预分频器的值为 8399，将系统时钟频率分频为 168000000 / (8399 + 1) = 20000Hz。htim2.Init.Period = 9999;：设置自动重载值为 9999，定时器的计数周期为 (9999 + 1) 个时钟周期。htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;：设置计数器为向上计数模式。HAL_TIM_Base_Init(&htim2);：初始化定时器的基本参数。
5.2 启动定时器并使能中断
在main函数中，使用HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);启动定时器并使能定时器中断。
5.3 定时器中断服务函数
在TIM2_IRQHandler函数中，调用HAL_TIM_IRQHandler(&htim2);处理定时器中断，然后在中断处理函数中翻转 LED 的状态。
六、调试与测试
6.1 编译和下载程序
在 Keil MDK - ARM 中编译程序，确保没有编译错误。然后通过 JTAG 或 SWD 接口将程序下载到 STM32F407 开发板上。
6.2 观察实验现象
下载完成后，开发板上的 LED 将以 0.5 秒的间隔闪烁，说明定时器中断功能正常工作。
七、总结
本文详细介绍了如何使用 STM32F407 的 HAL 库来配置和使用通用定时器中断。通过 STM32CubeMX 工具可以方便地进行定时器的初始化配置，然后在中断服务函数中编写相应的处理代码。定时器中断在嵌入式系统开发中有着广泛的应用，例如定时采样、定时控制等。掌握定时器中断的使用方法，可以提高嵌入式系统的实时性和稳定性。