Урок 4: Таймеры в CH32

Таймеры — это одни из самых универсальных периферийных модулей микроконтроллера. Они используются для измерения времени, генерации ШИМ-сигналов, подсчета импульсов и многих других задач.

Типы таймеров в CH32V307

CH32V307 имеет несколько типов таймеров с различными возможностями.

TIM1, TIM8 — расширенные таймеры (16-бит, 4 канала PWM)
TIM2, TIM3, TIM4, TIM5 — универсальные таймеры (16/32-бит)
TIM6, TIM7 — базовые таймеры (только отсчет времени)
SysTick — системный таймер (для RTOS и задержек)

Базовая настройка таймера

Пример настройки таймера для генерации задержки.

        #include "ch32v30x.h"

void TIM3_Init(void) {
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

    // Включение тактирования TIM3
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

    // Настройка базовых параметров
    // При частоте 72 МГц: Period=1000, Prescaler=71
    // Частота = 72000000 / (71+1) / (999+1) = 1000 Гц (1 мс)
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;        // ARR
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;      // PSC
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

    // Запуск таймера
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}
    

TIM_Period (ARR) — значение автоперезагрузки
TIM_Prescaler (PSC) — делитель частоты
Формула: f = f_clock / (PSC + 1) / (ARR + 1)

Генерация ШИМ-сигнала

PWM (Pulse Width Modulation) используется для управления яркостью светодиодов, скоростью моторов и т.д.

        #include "ch32v30x.h"

void TIM2_PWM_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

    // Включение тактирования
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // Настройка PA0 как альтернативная функция (TIM2_CH1)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // Настройка таймера: частота ШИМ = 1 кГц
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    // Настройка канала PWM
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;  // Скважность 50%
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

    TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);
    TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

// Изменение скважности PWM
void Set_PWM_DutyCycle(uint16_t duty) {
    // duty: 0-999 (0% - 100%)
    TIM_SetCompare1(TIM2, duty);
}
    

TIM_OCMode_PWM1 — режим ШИМ
TIM_Pulse — значение сравнения (определяет скважность)
Скважность = (TIM_Pulse / TIM_Period) × 100%

Измерение частоты сигнала

Использование таймера для подсчета внешних импульсов.

        #include "ch32v30x.h"

uint16_t pulse_count = 0;

void TIM4_Counter_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

    // PB6 - TIM4_CH1 (вход для подсчета импульсов)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // Настройка таймера в режиме внешнего счетчика
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);

    // Настройка внешнего тактирования
    TIM_ETRClockMode2Config(TIM4, TIM_ExtTRGPSC_OFF,
                            TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted, 0);

    TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
}

uint16_t Get_PulseCount(void) {
    return TIM_GetCounter(TIM4);
}

void Reset_PulseCount(void) {
    TIM_SetCounter(TIM4, 0);
}
    

TIM_ETRClockMode2Config() — внешний источник тактирования
TIM_GetCounter() — чтение текущего значения счетчика
TIM_SetCounter() — сброс счетчика

Захват сигнала (Input Capture)

Измерение длительности или периода внешнего сигнала.

        #include "ch32v30x.h"

volatile uint16_t capture1 = 0, capture2 = 0;
volatile uint8_t capture_done = 0;

void TIM3_IC_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // PA6 - TIM3_CH1
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;  // 1 МГц
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

    // Настройка Input Capture
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0;
    TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);

    // Прерывание по захвату
    TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, ENABLE);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

void TIM3_IRQHandler(void) {
    if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_CC1) != RESET) {
        if(capture_done == 0) {
            capture1 = TIM_GetCapture1(TIM3);
            capture_done = 1;
        } else {
            capture2 = TIM_GetCapture1(TIM3);
            capture_done = 2;
        }
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_CC1);
    }
}
    

TIM_ICPolarity_Rising — захват по переднему фронту
TIM_GetCapture1() — чтение захваченного значения
Разница capture2 - capture1 даёт период сигнала в микросекундах

Практический пример: Затухание LED

Плавное изменение яркости светодиода с помощью ШИМ.

        #include "ch32v30x.h"

int main(void) {
    uint16_t brightness = 0;
    int8_t direction = 1;

    SystemInit();
    TIM2_PWM_Init();

    while(1) {
        Set_PWM_DutyCycle(brightness);

        brightness += direction * 10;

        if(brightness >= 999) {
            brightness = 999;
            direction = -1;
        } else if(brightness <= 0) {
            brightness = 0;
            direction = 1;
        }

        Delay_Ms(20);
    }
}
    

Яркость плавно увеличивается от 0% до 100%
Затем плавно уменьшается обратно
Цикл повторяется бесконечно