【动手学STM32G4】（3）STM32G431之定时器

【动手学STM32G4】（1）STM32G431之导入和创建项目
【动手学STM32G4】（2）STM32G431之外部中断
【动手学STM32G4】（3）STM32G431之定时器

【动手学STM32G4】（3）STM32G431之定时器

    • 1. 项目简介
      • 1.1 定时器实验项目
      • 1.2 软硬件准备
    • 2. 工作原理
    • 3. CubeMX 工程创建与配置
      • 3.1 新建工程与基础设置
      • 3.2 TIM 配置
      • 3.3 GPIO 配置
      • 3.4 时钟配置
      • 3.5 工程配置
      • 3.6 生成工程代码
    • 4. 使用 STM32CubeIDE 编写和调试 TIM 程序
    • 5. 小结

1. 项目简介

1.1 定时器实验项目

在本项目中，我们将使用STM32G431RB的TIM1定时器实现一个精确的定时功能。

  • 配置 TIM1 每1ms产生一次中断；
  • 在中断服务函数中计数，每500次（即500ms）翻转一次 PA9 引脚电平；
  • 最终在 PA9 引脚上产生周期为1秒（频率1Hz）的方波信号。

1.2 软硬件准备

硬件资源：

  1. NUCLEO-G431RB 开发板
  2. USB 数据线（Micro USB → USB-A）：用于开发板供电、程序下载和串口通信。
  3. 示波器（可选）：用于观察输出波形。

软件资源：
STM32CubeMX， STM32CubeIDE，VOFA+ 串口调试工具

硬件连接：

  • Nucleo-G431RB 开发板通过其USB端口（Micro-USB）连接到PC。

2. 工作原理

STM32G4系列的定时器功能强大，TIM1是高级控制定时器，具有以下特性：

  • 16位自动重载计数器
  • 支持向上、向下、中央对齐计数模式
  • 4个独立通道，支持输入捕获、输出比较、PWM生成
  • 互补输出带死区插入，适合电机控制
  • 支持编码器接口和霍尔传感器接口

定时器频率计算公式：

  • 定时器频率 = 定时器时钟源 / (预分频器 + 1)
  • 中断周期 = (自动重载值 + 1) / 定时器频率

为了产生一个 1ms 的中断周期，则定时器的参数计算如下：

定时器时钟频率 ftimclock=160MHz 预分频器 PSC=159自动重载值 ARR=999定时器频率 ftimer=160MHz/(159+1)=1MHz 中断周期 Tint=(999+1)/1MHz=1ms

3. CubeMX 工程创建与配置

3.1 新建工程与基础设置

  1. 新建工程
    启动 STM32CubeMX，点击 “Start New Project” （或Ctrl-N快捷键）新建工程，进入 New Project 界面。
  • 选择MCU为 STM32G431RBT6（参考开发板的 MCU 型号选择）。
  • 选择开发板为 NUCLEO-G431RB 开发板。
  • 点击右上角 “Start Project” 创建项目。


  1. 基础设置：
    选择“引脚配置（Pinout & Configuration）”，
    （1）选择 “System Core – SYS” 设置调试器类型，将 Debug 模式设为 “Serial Wire”。
    （2）选择 “System Core – SYS” 设置基础时钟源（Timebase Source），可以选择默认设置 “SysTick”。


（3）选择 “System Core – RCC” 配置时钟模式，设置高速、低速时钟为外部晶振，将 High Speed Clock (HSE) 设为 “Crystal/Ceramic Resonator”。


3.2 TIM 配置

  1. 启用并配置TIM1 ：
    （1）选择 “引脚配置（Pinout & Configuration）”，从左侧下拉列表中选择 “Timers – TIM1 – TIM1 Mode and Configuration ” ，将时钟源配置为内部时钟 “Clock Source: Internal Clock”。
    （2）系统时钟频率设置为 160MHz（具体设置见下节），配置 TIM 工作模式和参数如下。
Counter Settings Prescaler(PSC-16 bits value):159Counter Mode: Up Counter Period(AutoReload Register-16 bits value):999

（3）使能 NVIC 中断：
勾选 “TIM1 update interrupt and TIM16 global interrupt”。


3.3 GPIO 配置

配置 GPIO 用于 LED 指示或按键触发。例如，将 PA5 配置为 GPIO_OUT(LD2)，PA9 配置为 GPIO_OUT，将 PC13 配置为 GPIO_EXTI13(UserBTN)。


3.4 时钟配置

在 Clock Configuration 视图进行时钟配置。如下图所示，APB2 定时器时钟为160MHz（TIM1挂载在APB2总线上）。


3.5 工程配置

点击工具栏 “Project Manager” 进入工程配置界面，如下图所示。
（1）在 Project Name 输入项目名称 “STM32G431_TIM01”。
（2）在 Toolchain/IDE 选择 IDE 工具为 “STM32CubeIDE”（也可以根据需要选择其它 IDE 工具 ）。

（3）在 “Project Manager” 继续向下拉，“在 MCU and Firmware Package” 栏中，取消选中 “Use latest available version”，根据所安装的 G4 固件版本，选择 “STM32Cube FW_G4 V1.5.0”；
（4）如果固件包不是安装在默认路径，则要取消选中 “Use Default Firmware Location”，通过 Browse 选择固件包的安装路径。

（5）切换到 “Code Generator”，勾选生成选项：“Generate peripheral initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per peripheral”。


3.6 生成工程代码

点击右上角 “GENERATE CODE” ，将自动生成带 .ioc 的工程文件 “STM32G431_TIM01.ioc”
加载完毕后，弹出代码生成提示窗口，点击“ OPEN PROJECT”，进入 STM32CubeIDE。

可以在 main.c 中看到 CubeMX 自动生成的初始化函数调用：

#include"main.h"#include"tim.h"#include"gpio.h"

后续我们将在这些初始化的基础上，编写用户代码。


4. 使用 STM32CubeIDE 编写和调试 TIM 程序

  1. 在 STM32CubeIDE 打开代码文件 main.c。
    代码生成后，已经自动进入 STM32CubeIDE，并打开创建的 STM32G431_TIM01 项目。在 “Core\Src” 目录中，已经生成了 tim.c 和 main.c 等基础程序。

  2. 从 “Core\Src” 目录打开文件 main.c，如下图所示。
    在用户代码区添加代码 “HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1)”，开启 TIM1定时器。
    完整 main.c 程序如下：

intmain(void){/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* Configure the system clock */SystemClock_Config();// 160MHz/* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_TIM1_Init();// 1ms interrupt for TIM1/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);// start TIM1/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop */while(1){}}


  1. 在stm32g4xx_it.c文件中实现中断服务函数。
    在 TIM1_UP_TIM16_IRQHandler() 函数中增加计数和翻转程序如下：
/** * @brief This function handles TIM1 update interrupt and TIM16 global interrupt. */uint16_tTimeCounter;voidTIM1_UP_TIM16_IRQHandler(void){HAL_TIM_IRQHandler(&htim1);/* USER CODE BEGIN TIM1_UP_TIM16_IRQn 1 */TimeCounter++;if(TimeCounter>=500){TimeCounter=0;HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,GPIO_PIN_5);}/* USER CODE END TIM1_UP_TIM16_IRQn 1 */}


  1. 程序编辑、编译与调试
  • 硬件连接
    • 用 USB连接线，连接 PC 与 NUCLEO-G431RB 开发板。
  • 软件调试
    • 点击工具栏中 “Build Debug” 按键对程序代码进行编译。
    • 点击工具栏中 “Debug” 按键，将程序下载烧录到目标板 NUCLEO-G431RB 。
    • 点击工具栏中 “Resume” 按键 或 F8 快捷键，运行程序。
**** Incremental Build of configuration Debugforproject STM32G431_TIM01 ****make-j20 all... Finished building target: STM32G431_TIM01.elf arm-none-eabi-size STM32G431_TIM01.elf arm-none-eabi-objdump -h -S STM32G431_TIM01.elf>"STM32G431_TIM01.list"text data bss dec hex filename8952121652106162978STM32G431_TIM01.elf Finished building: default.size.stdout Finished building: STM32G431_TIM01.list Build Finished.0errors,0warnings.(took 501ms)

运行程序，使用示波器分析仪测量PA9引脚，输出波形如下图所示：

  • 高电平持续时间：500ms，低电平持续时间：500ms；
  • 信号周期：1000ms（1Hz）。


5. 小结

通过本项目，我们学习了：

  • 定时器基本原理：预分频器和自动重载值的计算方法；
  • CubeMX配置：如何图形化配置定时器中断；
  • 中断编程：使用HAL库的中断回调机制。

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