第十二章 W55MH32的高级控制定时器

单芯片解决方案，开启全新体验——W55MH32 高性能以太网单片机

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太网单片机，它为用户带来前所未有的集成化体验。这颗芯片将强大的组件集于一身，具体来说，一颗W55MH32内置高性能Arm® Cortex-M3核心，其主频最高可达216MHz；配备1024KB FLASH与96KB SRAM，满足存储与数据处理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP协议栈、内置MAC以及PHY，拥有独立的32KB以太网收发缓存，可供8个独立硬件socket使用。如此配置，真正实现了All-in-One解决方案，为开发者提供极大便利。 

在封装规格上，W55MH32 提供了两种选择：QFN68和QFN100。

W55MH32Q采用QFN68封装版本，尺寸为8x8mm，它拥有36个GPIO、3个ADC、12通道DMA、17个定时器、2个I2C、3个串口、2个SPI接口（其中1个带I2S接口复用）、1个CAN以及1个USB2.0。在保持与同系列其他版本一致的核心性能基础上，仅减少了部分GPIO以及SDIO接口，其他参数保持一致，性价比优势显著，尤其适合网关模组等对空间布局要求较高的场景。紧凑的尺寸和精简化外设配置，使其能够在有限空间内实现高效的网络连接与数据交互，成为物联网网关、边缘计算节点等紧凑型设备的理想选择。 同系列还有QFN100封装的W55MH32L版本，该版本拥有更丰富的外设资源，适用于需要多接口扩展的复杂工控场景，软件使用方法一致。更多信息和资料请进入http://www.w5500.com/网站或者私信获取。 

此外，本W55MH32支持硬件加密算法单元，WIZnet还推出TOE+SSL应用，涵盖TCP SSL、HTTP SSL以及MQTT SSL等，为网络通信安全再添保障。 

为助力开发者快速上手与深入开发，基于W55MH32Q这颗芯片，WIZnet精心打造了配套开发板。开发板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口数据线，就能轻松实现调试、下载以及串口打印日志等功能。开发板将所有外设全部引出，拓展功能也大幅提升，便于开发者全面评估芯片性能。 

若您想获取芯片和开发板的更多详细信息，包括产品特性、技术参数以及价格等，欢迎访问官方网页：http://www.w5500.com/，我们期待与您共同探索W55MH32的无限可能。

第十二章 高级定时器

W55MH32的高级控制定时器为TIM1和TIM8。

本章分为如下几个小节：

1 TIM1 和 TIM8 简介

2 高级定时器寄存器描述

1 TIM1和TIM8概述

1.1 TIM1和TIM8简介

高级控制定时器(TIM1 和 TIM8)由一个 16 位的自动装载计数器组成，它由一个可编程的预分频器驱动。它适合多种用途，包含测量输入信号的脉冲宽度(输入捕获)，或者产生输出波形(输出比较、PWM、嵌入死区时间的互补 PWM 等)。使用定时器预分频器和 RCC 时钟控制预分频器，可以实现脉冲宽度和波形周期从几个微秒到几个毫秒的调节。高级控制定时器(TIM1 和 TIM8)和通用定时器(TIMx)是完全独立的，它们不共享任何资源。

1.2 TIM1和TIM8主要特性

TIM1和TIM8定时器的功能包括：

⚪16位向上、向下、向上/下自动装载计数器

⚪16位可编程(可以实时修改)预分频器，计数器时钟频率的分频系数为1～65535之间的任意数值

⚪多达4个独立通道：

·······输入捕获

·······输出比较

·······PWM生成(边缘或中间对齐模式)

·······单脉冲模式输出

⚪死区时间可编程的互补输出

⚪使用外部信号控制定时器和定时器互联的同步电路

⚪允许在指定数目的计数器周期之后更新定时器寄存器的重复计数器

⚪刹车输入信号可以将定时器输出信号置于复位状态或者一个已知状态

⚪如下事件发生时产生中断/DMA：

·······更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)

·······触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)

·······输入捕获

·······输出比较

······刹车信号输入

⚪支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路

⚪触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理

1.2 高级定时器功能框图解析

高级定时器功能框图如下：

高级控制定时器框图

注： 根据控制位的设定，在 U(更新)事件时传送预加载寄存器的内容至工作寄存器事件中断和 DMA 输出高级定时器的框图和通用定时器框图很类似，只是添加了其它的一些功能，如：重复计数器、带死区控制的互补输出通道、断路输入等。相同内容这里不再赘述，详情请查看上一章节“第十一章 通用定时器（上篇）”的内容。新增功能在高级定时器框图的位置如下：

① 重复计数器

在 W55MH32 系列中，高级定时器 TIM1 和 TIM8 都有重复计数器。下面来介绍一下重复计数器有什么作用？在学习基本定时器和通用定时器的时候，我们知道定时器发生上溢或者下溢时，会直接生成更新事件。但是有重复计数器的定时器并不完全是这样的，定时器每次发生上溢或下溢时，重复计数器的值会减一，当重复计数器的值为 0 时，再发生一次上溢或者下溢才会生成定时器更新事件。如果我们设置重复计数器寄存器 RCR 的值为 N，那么更新事件将在定时器发生 N+1 次上溢或下溢时发生。这里需要注意的是重复计数器寄存器是具有影子寄存器的，所以 RCR 寄存器只是起缓冲的作用。RCR 寄存器的值会在更新事件发生时，被转移至其影子寄存器中，从而真正生效。重复计数器的特性，在控制生成 PWM 信号时很有用，后面会有相应的实验。

② 输出比较

高级定时器输出比较部分和通用定时器相比，多了带死区控制的互补输出功能。第②部分的 TIMx_CH1N、TIMx_CH2N 和 TIMx_CH3N 分别是定时器通道 1、通道 2 和通道 3的互补输出通道，通道 4 是没有互补输出通道的。DTG 是死区发生器，死区时间由 DTG[7:0]位来配置。如果不使用互补通道和死区时间控制，那么高级定时器 TIM1 和 TIM8 和通用定时器的输出比较部分使用方法基本一样，只是要注意 MOE 位得置 1 定时器才能输出。

③ 断路功能

断路功能也称刹车功能，一般用于电机控制的刹车。F1 系列有一个断路通道，断路源可以是刹车输入引脚（TIMx_BKIN），也可以是一个时钟失败事件。时钟失败事件由复位时钟控制器中的时钟安全系统产生。系统复位后，断路功能默认被禁止，MOE 位为低。使能断路功能的方法：将 TIMx_BDTR 的位 BKE 置 1。断路输入引脚 TIMx_BKIN 的输入有效电平可通过 TIMx_BDTR 寄存器的位 BKP 设置。使能刹车功能后：由 TIMx_BDTR 的 MOE、OSSI、OSSR 位，TIMx_CR2 的 OISx、OISxN 位，TIMx_CCER 的 CCxE、CCxNE 位控制 OCx 和 OCxN 输出状态。无论何时，OCx和 OCxN 输出都不能同时处在有效电平。

当发生断路输入后，会怎么样？

1.MOE 位被异步地清零，OCx 和 OCxN 为无效、空闲或复位状态(由 OSSI 位选择)。

2.OCx 和 OCxN 的状态：由相关控制位状态决定，当使用互补输出时：根据情况自动控制输出电平，参考《W55MH32 参考手册.pdf》手册

3.BIF 位置 1，如果使能了 BIE 位，还会产生刹车中断；如果使能了 TDE 位，会产生DMA 请求。

4.如果 AOE 位置 1，在下一个 更新事件 UEV 时，MOE 位被自动置 1。

2 定时器初始化结构体详解

在标准库函数头文件w55mh32_tim.h中对定时器外设建立了四个初始化结构体，分别为时基初始化结构体TIM_TimeBaseInitTypeDef、 输出比较初始化结构体TIM_OCInitTypeDef、输入捕获初始化结构体TIM_ICInitTypeDef和断路和死区初始化结构体TIM_BDTRInitTypeDef， 高级控制定时器可以用到所有初始化结构体，通用定时器不能使用TIM_BDTRInitTypeDef结构体， 基本定时器只能使用时基结构体。接下来我们具体讲解下这四个结构体。

2.1 TIM_TimeBaseInitTypeDef

时基结构体TIM_TimeBaseInitTypeDef用于定时器基础参数设置，与TIM_TimeBaseInit函数配合使用完成配置。

代码清单:高级定时器-1 定时器基本初始化结构体

 

typedef struct {
    uint16_t TIM_Prescaler;          // 预分频器
    uint16_t TIM_CounterMode;        // 计数模式
    uint32_t TIM_Period;             // 定时器周期
    uint16_t TIM_ClockDivision;      // 时钟分频
    uint8_t TIM_RepetitionCounter;   // 重复计算器
} TIM_TimeBaseInitTypeDef;

 

TIM_Prescaler： 定时器预分频器设置，时钟源经该预分频器才是定时器计数时钟CK_CNT，它设定PSC寄存器的值。 计算公式为：计数器时钟频率 (fCK_CNT) 等于 fCK_PSC / (PSC[15:0] + 1)，可实现1至65536分频。

TIM_CounterMode： 定时器计数方式，可设置为向上计数、向下计数以及中心对齐。高级控制定时器允许选择任意一种。

TIM_Period： 定时器周期，实际就是设定自动重载寄存器ARR的值，ARR 为要装载到实际自动重载寄存器（即影子寄存器）的值，可设置范围为0至65535。

TIM_ClockDivision： 时钟分频，设置定时器时钟CK_INT频率与死区发生器以及数字滤波器采样时钟频率分频比。可以选择1、2、4分频。

TIM_RepetitionCounter： 重复计数器，只有8位，只存在于高级定时器。

2.2 TIM_OCInitTypeDef

输出比较结构体TIM_OCInitTypeDef用于输出比较模式，与TIM_OCxInit函数配合使用完成指定定时器输出通道初始化配置。高级控制定时器有四个定时器通道，使用时都必须单独设置。

代码清单:高级定时器-2 定时器比较输出初始化结构体

 

typedef struct {
    uint16_t TIM_OCMode;        // 比较输出模式
    uint16_t TIM_OutputState;   // 比较输出使能
    uint16_t TIM_OutputNState;  // 比较互补输出使能
    uint32_t TIM_Pulse;         // 脉冲宽度
    uint16_t TIM_OCPolarity;    // 输出极性
    uint16_t TIM_OCNPolarity;   // 互补输出极性
    uint16_t TIM_OCIdleState;   // 空闲状态下比较输出状态
    uint16_t TIM_OCNIdleState;  // 空闲状态下比较互补输出状态
} TIM_OCInitTypeDef;

 

TIM_OCMode： 比较输出模式选择，总共有八种，常用的为PWM1/PWM2。它设定CCMRx寄存器OCxM[2:0]位的值。

TIM_OutputState： 比较输出使能，决定最终的输出比较信号OCx是否通过外部引脚输出。它设定TIMx_CCER寄存器CCxE/CCxNE位的值。

TIM_OutputNState: 比较互补输出使能，决定OCx的互补信号OCxN是否通过外部引脚输出。它设定CCER寄存器CCxNE位的值。

TIM_Pulse： 比较输出脉冲宽度，实际设定比较寄存器CCR的值，决定脉冲宽度。可设置范围为0至65535。

TIM_OCPolarity： 比较输出极性，可选OCx为高电平有效或低电平有效。它决定着定时器通道有效电平。它设定CCER寄存器的CCxP位的值。

TIM_OCNPolarity： 比较互补输出极性，可选OCxN为高电平有效或低电平有效。它设定TIMx_CCER寄存器的CCxNP位的值。

TIM_OCIdleState： 空闲状态时通道输出电平设置，可选输出1或输出0，即在空闲状态(BDTR_MOE位为0)时，经过死区时间后定时器通道输出高电平或低电平。它设定CR2寄存器的OISx位的值。

TIM_OCNIdleState： 空闲状态时互补通道输出电平设置，可选输出1或输出0，即在空闲状态(BDTR_MOE位为0)时，经过死区时间后定时器互补通道输出高电平或低电平， 设定值必须与TIM_OCIdleState相反。它设定是CR2寄存器的OISxN位的值。

2.3 TIM_ICInitTypeDef

输入捕获结构体TIM_ICInitTypeDef用于输入捕获模式，与TIM_ICInit函数配合使用完成定时器输入通道初始化配置。 如果使用PWM输入模式需要与TIM_PWMIConfig函数配合使用完成定时器输入通道初始化配置。

代码清单:高级定时器 定时器输入捕获初始化结构体

 

typedef struct {
    uint16_t TIM_Channel;      // 输入通道选择
    uint16_t TIM_ICPolarity;   // 输入捕获触发选择
    uint16_t TIM_ICSelection;  // 输入捕获选择
    uint16_t TIM_ICPrescaler;  // 输入捕获预分频器
    uint16_t TIM_ICFilter;     // 输入捕获滤波器
} TIM_ICInitTypeDef;

 

TIM_Channel：捕获通道ICx选择，可选TIM_Channel_1、 TIM_Channel_2、TIM_Channel_3或TIM_Channel_4四个通道。它设定CCMRx寄存器CCxS位 的值。

TIM_ICPolarity：输入捕获边沿触发选择，可选上升沿触发、 下降沿触发或边沿跳变触发。它设定CCER寄存器CCxP位和CCxNP位的值。

TIM_ICSelection：输入通道选择，捕获通道ICx的信号可来自三个输入通道，分别为TIM_ICSelection_DirectTI、 TIM_ICSelection_IndirectTI或TIM_ICSelection_TRC，具体的区别见下图，输入通道与捕获通道IC的映射图 。 如果是普通的输入捕获，4个通道都可以使用，如果是PWM输入则只能使用通道1和通道2。它设定CCRMx寄存器的CCxS[1:0]位的值。

TIM_ICPrescaler： 输入捕获通道预分频器，可设置1、2、4、8分频，它设定CCMRx寄存器的ICxPSC[1:0]位的值。如果需要捕获输入信号的每个有效边沿，则设置1分频即可。

TIM_ICFilter： 输入捕获滤波器设置，可选设置0x0至0x0F。它设定CCMRx寄存器ICxF[3:0]位的值。一般我们不使用滤波器，即设置为0。

2.4 TIM_BDTRInitTypeDef

断路和死区结构体TIM_BDTRInitTypeDef用于断路和死区参数的设置，属于高级定时器专用，用于配置断路时通道输出状态，以及死区时间。 它与TIM_BDTRConfig函数配置使用完成参数配置。这个结构体的成员只对应BDTR这个寄存器，有关成员的具体使用配置请参考手册BDTR寄存器的详细描述。

代码清单:高级定时器-4 断路和死区初始化结构体

 

typedef struct {
    uint16_t TIM_OSSRState;        // 运行模式下的关闭状态选择
    uint16_t TIM_OSSIState;        // 空闲模式下的关闭状态选择
    uint16_t TIM_LOCKLevel;        // 锁定配置
    uint16_t TIM_DeadTime;         // 死区时间
    uint16_t TIM_Break;            // 断路输入使能控制
    uint16_t TIM_BreakPolarity;    // 断路输入极性
    uint16_t TIM_AutomaticOutput;  // 自动输出使能
} TIM_BDTRInitTypeDef;

 

TIM_OSSRState： 运行模式下的关闭状态选择，它设定BDTR寄存器OSSR位的值。

TIM_OSSIState： 空闲模式下的关闭状态选择，它设定BDTR寄存器OSSI位的值。

TIM_LOCKLevel： 锁定级别配置， BDTR寄存器LOCK[1:0]位的值。

TIM_DeadTime： 配置死区发生器，定义死区持续时间，可选设置范围为0x0至0xFF。它设定BDTR寄存器DTG[7:0]位的值。

TIM_Break： 断路输入功能选择，可选使能或禁止。它设定BDTR寄存器BKE位的值。

TIM_BreakPolarity： 断路输入通道BRK极性选择，可选高电平有效或低电平有效。它设定BDTR寄存器BKP位的值。

TIM_AutomaticOutput： 自动输出使能，可选使能或禁止，它设定BDTR寄存器AOE位的值。

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审核编辑 黄宇