[STM32] Timer

타이머(Timer)란

타이머란 임의의 주기를 갖는 신호를 측정하거나 생성할 때 사용되는 디지털 회로를 말한다.

특정 주기마다 이벤트를 발생시키거나, 외부에서 들어온 신호의 길이를 측정할 때 사용한다.

또 PWM과 같은 파형을 생성하여 출력으로 보낼 때도 사용된다.

 

MCU에서 GPIO, 통신 모듈과 더불어 자주 사용되는 모듈 중 하나이다.

 

대표적인 타이머

타이머는 대표적으로 4가지가 있다.

 

범용(General-Purpose) 타이머

출력 비교, 원펄스 입력캡쳐, 센서 인터페이스(엔코더, 홀 센서 등) 등의 용도로 사용할 수 있는 범용 기능을 가지는 타이머

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고급(Advanced) 타이머

범용 타이머보다 더 많은 기능을 가지는 타이머, 주로 모터 제어와 디지털 파워 변환(Power Conversion)

용도로 사용가능한 데드타임을 가지는 3상 출력, 비상 셧다운 입력 등의 기능이 더 추가됨

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기본(Basic) 타이머

입출력 기능은 없고 시간기반 타이머(Timebase Timer)나 DAC의 트리거 용도로만 사용되는 타이머

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채널(Channel) 타이머

범용 타이머와 기능은 동일하나 채널을 1 ~ 2개만 가지는 타이머

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범용 타이머의 주요 구성요소

1. 프리스케일러(PSC : Prescaler)

16비트의 프리스케일러는 공급되는 클럭(TIMx_CLK 또는 CK_PSC)을 1 ~ 65,536(16bit)의

값으로 나누어 카운터의 동작 클럭(CK_CNT)을 만들어 내는 분주기

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2. 카운터(CNT : Counter)

16비트의 카운터는 타이머의 핵심적인 요소로써, 공급되는 클럭을 이용한 업, 다운, 업/다운 카운팅이 가능함

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3. 오토 리로드 레지스터(ARR : Auto Reload Register)

업 카운터의 경우 ‘CNT 값 == ARR의 설정 값’ 이 되면 CNT는 0부터 다시 카운팅 시작

다운 카운터의 경우 ‘CNT 값 == 0’ 이 되면 CNT는 ARR의 설정 값부터 다시 카운팅 시작

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4. 캡쳐/비교기(CCR : Capture/Compare Register)

입력 신호가 주어질 때 카운터(CNT) 값을 캡쳐하거나 또는 CNT == CCR이 되면 인터럽트를 발생하거나 출력 채널로 0또는 1을 출력

 

타이머의 주요 모드

1. 업 카운팅(Up Counting) 모드

카운터의 값이 증가하면서 카운팅을 하는 모드. 카운터는

CNT = 0 부터 시작해서 CNT = ARR 값 까지 증가한 후, 다시 0부터 카운팅을 시작하는 작업을 계속하여 반복한다.

그리고 CNT = 0 이 될 때 오버플로우, 업데이트 이벤트(UEV) 와 업데이트 인터럽트(UI)가 발생한다.

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2. 다운 카운팅(Down Counting) 모드

다운 카운팅 모드는 카운터의 값이 감소하면서 카운팅을 하는 모드.

카운터는 CNT = ARR부터 CNT = 0 까지 감소한 후에,

다시 CNT = ARR부터 카운팅을 시작하는 작업을 계속하여 반복한다.

 

그리고 CNT = ARR이 될 때 언더플로우, 업데이트 이벤트(UEV) 와 업데이트 인터럽트(UI),

업데이트이트 인터럽트 플래그(UIF)가 발생한다.

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3. 업/다운 카운팅(Up/Down Counting) 모드

카운터의 값이 증가한 후 다시 감소하면서 카운팅을 하는 모드.

카운터는 0부터 오토-리로드(ARR) 값 까지 증가한 후, 다시 0까지 감소한다.

이 후에는 다시 증가 -> 감소 -> 증가 -> 감소를 계속 반복하면서 카운팅 한다.

 

이 모드에서 업 카운터는 0 ~ (ARR-1) 까지 카운팅, 다운 카운터는 ARR ~ 1 까지 카운팅을 한다.

업 카운팅을 할 때 CNT = ARR이 되면 오버플로우, 업데이트 이벤트, 업데이트 인터럽트가 발생하고

다운 카운팅을 할 때 CNT = 0이 되면 언더플로우, 업데이트 이벤트, 업데이트 인터럽트가 발생한다.

 

업/다운 카운팅 모드를 센터 얼라인(Center Aligned) 모드라고도 한다.

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4. 입력 캡쳐(Input Capture) 모드

입력 캡쳐 모드는 외부의 입력 값이 들어오는 순간 그 때의 카운터 값을 캡쳐하는 동작을 하는 모드이다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 입력 캡쳐신호인 ICx가 입력되면 그 때의 카운터 값이 캡쳐/비교기에 저장되며

캡쳐 플래그(CCxIF)가 설정되고 인터럽트가 Enable 되어 있는 경우는 인터럽트(CCxI) 가 발생한다.

캡쳐 플래그(CCxIF)가 이미 설정되어 있는데 캡쳐가 또 발생하는 경우는 오버 캡쳐 플래그)CCxOF)가 설정되게 된다.

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5. 출력 비교(Output Compare) 모드

출력 비교 모드는 카운터의 출력값이 캡쳐/비교기에 설정된 비교값(CCRx)과 일치 할 때

인터럽트(CCx)나 해당 핀에 출력(OCx)이 발생하는 모드.

 

핀의 출력 값은 다음과 같은 모드로 설정할 수 있다.

Output Compare Timing : 캡쳐/비교기에 설정된 비교 값(CCRx)이 출력에 아무런 영향을 주지 않는다.

                                         이 모드에서의 동작은 일반적인 타이머의 동작과 유사함.

Output Compare Active : 카운터의 값 = 캡쳐/비교기의 설정 값(CCRx) 이면 OCx값이 High 됨.

Output Compare Inactive : 카운터의 값 = 캡쳐/비교기의 설정 값(CCRx) 이면 OCx 값이 Low 됨.

Output Compare Toggle : 카운터의 값 = 캡쳐/비교기의 설정 값(CCRx) 이면 OCx 값이 Toggle 됨.

Output Compare Forced Active/Inactive : 카운터의 값이 상관없이 OCx 값이 High(Active Mode) 또는

                                                                  Low(Inactive Mode)로 된다.

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6. PWM 출력 모드

PWM 출력을 발생시키는 모드, 출력의 주파수는 ARR값에 의해 결정되며 듀티비(Duty Rate)는 CCR에 의해 결정됨.

PWM 출력 모드는 1, 2 로 나뉘어 진다.

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7. 원 펄스(One Pulse) 모드

외부 입력이 인가될 경우 이로부터 일정 시간이 지난 후에 펄스를 1번 발생시키는 모드임.

펄스가 발생하는 시간과 지속하는 시간은 프로그래밍 가능하다.

 

고급제어 타이머(Advanced-Control Timer)의 구조 및 기능

고급제어 타이머로 APB2 버스에 연결되어 있고 각 특징이 있음

 

범용 타이머와 동일한 특징 (범용 타이머도 가지고 있는 특징)

1. 1개의 16비트 카운터를 가짐

업, 다운, 업/다운 모드로 동작이 가능하며, 오토-리로드 기능이 있음

2. 16비트의 프리스케일러를 이용하여 카운터 동작 클럭을 1 ~ 1/63356 까지 다운이 가능

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3. 4개의 16비트 캡쳐/비교 채널을 가지며 여러모드 동작 가능

카운터, 입력 캡처, 출력 비교, PWM 입,출력, 원 펄스 등등

4. 엔코더 및 홀 센서 인터페이스 가능

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6개의 독립적인 IRQ/DMA 요청 신호를 발생

업 데이트 이벤트 발생 시

캡쳐/비교 이벤트 발생 시

입력 트리거 발생 시

 

고급제어 타이머만 가지는 특징 (고급제어 타이머에만 있는 특징)

1. 3개의 반전될 출력 신호 발생 채널(TIMx_CH1N ~ TIMx_CH3N)을 가짐

2. 브레이크 입력 신호 채널(BKIN)을 가짐

3. 브레이크 입력 시 IRQ/DMA 요청 신호를 발 생

4. 반복(Repeatition) 타이머 기능을 가짐

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고급제어 타이머 모드

1. 반전 출력(Complementary Outputs)

고급제어 타이머의 3개 채널의 출력은 OC1 ~ OC3와 이것을 반전시킨 출력 OC1N ~ OC3N을 가지며

OCx(1~3)와 OCxN은 데드 타임(Dead or Delay Time)을 줄 수 있다.

3개의 채널 출력과 반전 출력은 3상 AC 모터를 구동할 때 아주 유용하게 사용할 수 있고

모터 구동의 안정성을 위해 일반적으로 반전된 출력에 데드 타임을 설정함.

 

2. 카운터, PWM, 원 펄스, 기타 등등 기본 타이머에 있는 모드 사용 가능

 

타이머 관련 함수

타임 베이스 함수(Time Base Function)

타이머의 기본적이 기능인 타이머/카운터 동작을 제어하는 함수

함수 명	설명
HAL_TIM_Base_Init (TIM_HandleDef * htim)	TIM의 카운터 부분(Time Base Unit)을 TIM_HandleTypeDef 구조체의 설정값에 맞추어 초기화 하고 TIM Base Handle 생성 [Parameter] : *htim : TIM Base handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_Base_DeInit (TIM_HandleDef * htim)	TIM의 카운터 부분(Time Base Unit)을 초기화 해제 [Parameter] : *htim : TIM Base handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_Base_Start (TIM_HandleDef * htim)	TIM Base의 동작 시작 [Parameter] : *htim : TIM Base handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_Base_Stop (TIM_HandleDef * htim)	TIM Base의 동작 정지 [Parameter] : *htim : TIM Base handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_Base_Start_IT (TIM_HandleDef * htim)	TIM Base의 동작을 인터럽트 모드로 시작 [Parameter] : *htim : TIM Base handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_Base_Stop _IT (TIM_HandleDef * htim)	TIM Base의 인터럽트 모드 동작 종료 [Parameter] : *htim : TIM Base handle [Return] : HAL status

 

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타임 출력 비교 함수(Time Output Compare function)

타이머의 출력비교 동작을 제어하는 함수

함수 명	설명
HAL_TIM_OC_Init (TIM_HandleDef * htim)	TIM의 Output Compare를 TIM_HandleTypeDef 구조체의 설정값에 맞추어 초기화하고 TIM Output Compare Handle 생성 [Parameter] : TIM Output Compare handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_OC_DeInit (TIM_HandleDef * htim)	TIM의 Output Compare의 초기화를 해제 [Parameter] : TIM Output Compare handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_OC_Start (TIM_HandleDef * htim, uint32_t, Channel)	TIM Base의 동작 시작 [Parameter] : *htim : TIM Output handle Channel : 활성화 할 TIM 채널을 지정, TIM_CHANNEL_x(1 ~ 4) [Return] : HAL status
HAL_TIM_OC_Stop ((TIM_HandleDef * htim, uint32_t, Channel)	TIM Output Compare의 동작 정지 [Parameter] : *htim : TIM Compare handle Channel : 비활성화 할 TIM 채널을 지정, TIM_CHANNEL_x(1 ~ 2) [Return] : HAL status
HAL_TIM_OC_Start_IT (TIM_HandleDef * htim, uint32_t Channel)	TIM Output Compare의 Signal Generation을 인터럽트 모드로 시작 [Parameter] : *htim : TIM Output Compare handle Channel : 활성화 할 TIM 체널을 지정 TIM_CHANNEL_x(1 ~ 4) [Return] : HAL status
HAL_TIM_OC_Stop _IT (TIM_HandleDef * htim, uint32_t Channel	TIM Output Compare의 인터럽트 모드 동작 정지 Channel : 정지할 채널, TIM_CHANNEL_x(1 ~ 4) [Return] : HAL status

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타임 PWM 함수(Time PWM Function)

 

함수 명	설명
HAL_TIM_PWM_Init (TIM_HandleDef * htim)	TIM의 PWM Time Base를 TIM_HandleTypeDef 구조체의 설정값에 맞추어 초기화하고 대응하는 handle 생성 [Parameter] : *htim : TIM handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_PWM_DeInit (TIM_HandleDef * htim)	TIM의 PWM Time Base의 초기화 해제 [Parameter] : *htim : TIM handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_PWM_Start (TIM_HandleDef * htim, Uint32_t Channel)	PWM Signal Generation 시작 [Parameter] : *htim : TIM handle Channel : Enable 시킬 채널, TIM_CHANNEL_x(1 ~ 4) [Return] : HAL status
HAL_TIM_PWM_Stop (TIM_HandleDef * htim, Uint32_t CHANNEL)	PWM Signal Generation 정지 [Parameter] : *htim : TIM handle Channel : Enable 시킬 채널, TIM_CHANNEL_x(1 ~ 4) [Return] : HAL status
HAL_TIM_PWM_Start_IT (TIM_HandleDef * htim, Uint32_t CHANNEL)	TIM Signal Generation을 인터럽트 모드로 시작 Parameter] : *htim : TIM handle Channel : Enable 시킬 채널, TIM_CHANNEL_x(1 ~ 4) [Return] : HAL status
HAL_TIM_PWM_Stop _IT (TIM_HandleDef * htim, Uint32_t CHANNEL)	PWM Signal Generation의 인터럽트 모드 동작 정지 [Parameter] : *htim : TIM handle Channel : Enable 시킬 채널, TIM_CHANNEL_x(1 ~ 4) [Return] : HAL status

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주변장치 설정용 함수(Peripheral Control Functions)

함수 명	설명
HAL_TIM_OC_ConfigChannel (TIM_HandleDef * htim, TIM_OC_InitTypeDef * sConfig, uint32_t Channel)	TIM Output Compare Channel을 TIM_OC_InitTypeDef 구조체의 맞추어 초기화 [Parameter] : *htim : TIM handle sConfig : TIM Output Compare Configuration 구조체 Channel : Enable 시킬 채널, TIM_CHANNEL_x(1 ~ 4) [Return] : HAL status
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel (TIM_HandleDef * htim, TIM_OC_InitTypeDef * sConfig, uint32_t Channel)	TIM PWM Channel을 TIM_OC_InitTypeDef 구조체의 설정 값에 맞추어 초기화 [Parameter] : *htim : TIM handle sConfig : TIM Output Compare Configuration 구조체 Channel : Enable 시킬 채널, TIM_CHANNEL_x(1 ~ 4) [Return] : HAL status

 

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타이머 콜백 함수(TIM Callbacks Functions)

함수 명	설명
HAL_TIM_ PeriodElapsedCallback (TIM_HandleDef * htim)	블로킹 되지 않은 모드(Non Blocking Mode)에서 Period elapsed Callback 함수 [Parameter] : *htim : TIM handle [Return] : None
HAL_TIM_OC_ DelayElapsedCallback (TIM_HandleDef * htim)	블로킹 되지 않은 모드(Non Blocking Mode)에서 Output Compare Callback 함수 [Parameter] : TIM OC handle [Return] : None
HAL_TIM_IC_CaptureCallback (TIM_HandleDef * htim)	블로킹 되지 않은 모드(Non Blocking Mode)에서 Input Capture Callback 함수 [Parameter] : TIM IC handle [Return] : None
HAL_TIM_PWM_ PulseFinishedCallback (TIM_HandleDef * htim)	블로킹되지 않은 모드(Non Blocking Mode)에서 PWM Pulse Finished Callback 함수 [Parameter] : TIM handle [Return] : None
HAL_TIM_TriggerCallback (TIM_HandleDef * htim)	블로킹 되지 않은 모드(Non Blocking Mode)에서 Hall Trigger Detection Callback 함수 [Parameter] : TIM IC handle [Return] : None
HAL_TIM_ErrorCallback (TIM_HandleDef * htim)	TIM Base의 상태 값을 반환하는 함수 [Parameter] : TIM Base handle [Return] : HAL state

 

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주변장치 상태 함수(Peripheral State Functions)

함수 명	설명
HAL_TIM_Base_GetState (TIM_HandleDef * htim)	TIM Base의 상태 값을 반환하는 함수 [Parameter] : *htim : TIM Base handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_OC_GetState (TIM_HandleDef * htim)	TIM OC의 상태 값을 반환하는 함수 [Parameter] : *htim : TIM Output Compare handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_PWM_GetState (TIM_HandleDef * htim)	TIM PWM의 상태 값을 반환하는 함수 [Parameter] : *htim : TIM handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_IC_GetState (TIM_HandleDef * htim)	TIM Input Capture의 상태 값을 반환하는 함수 [Parameter] : *htim : TIM IC handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_OnePulse_GetState (TIM_HandleDef * htim)	TIM One Pulse Mode의 상태 값을 반환하는 함수 [Parameter] : *htim : TIM OPM handle [Return] : HAL status
HAL_TIM_Encoder_GetState (TIM_HandleDef * htim)	TIM Encoder Mode의 상태 값을 반환하는 함수 [Parameter] : *htim : TIM Encoder handle [Return] : HAL status

 

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타이머 구동용 매크로 및 정의

TIM Channel 관련

TIM_CHANNEL_1

TIM_CHANNEL_2

TIM_CHANNEL_3

TIM_CHANNEL_4

TIM_CHANNEL_ALL

 

TIM Capture/Compare Channel State 관련

TIX_CCx_ENABLE

TIM_CCx_DISABLE

TIM_CCxN_ENABLE

TIM_CCxN_DISABLE

 

TIM Clock Polarity 관련

TIM Clear Input Polarty

TIM_CLEARINPUTPOLARITY_INVERTED : Polarity for ETRx pin

TIM_CLEARINPUTPOLARITY_NONINVERTED : Polarity for ETRx pin

TIM_CLOCKPOLARITY_INVERTED : Polaity for ETRx clock sources

TIM_CLOCKPOLARITY_NONINVERTED : Polaity for ETRx clock sources

TIM_CLOCKPOLARITY_RISING : for Tix clock source

TIM_CLOCKPOLARITY_ : FALLING

TIM_CLOCKPOLARITY_ : Polarity for Tix clock sources