STM32F407 的通用定时器与串口配置深度解析

在 STM32F407 芯片的开发过程中，通用定时器和串口的配置与使用是极为关键的技能点。本文将结合提供的代码示例，深入剖析这两个模块的配置流程、工作原理以及实际应用，助力开发者更好地掌握相关技术。

一、通用定时器

（一）定时器时钟频率规则

在使用 STM32F407 芯片的定时器时，其时钟频率的设定遵循特定规则。对于 STM32F405xx/07xx 和 STM32F415xx/17xx 系列，定时器时钟频率由硬件自动设置，具体分为两种情况：

1. 当 APB 预分频器为 1 时，定时器时钟频率等于 APB 域的频率。

2. 若 APB 预分频器不为 1，定时器时钟频率则是 APB 域频率的两倍。

（二）通用定时器配置步骤

1. 使能定时器时钟：使用RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);语句开启定时器 3 的时钟。这是定时器工作的基础，只有使能时钟，后续操作才有意义。

2. 配置定时器参数

   • TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period：用于设置自动重装载寄存器的值，也就是计数值。例如，期望定时时间为 1ms，若定时器分频后的工作频率为 10000Hz（对应 100us 计数周期），那么为实现 1ms 定时，需要计数 10 次，TIM_Period的值应设置为 (10000/1000) - 1 = 9 （从 0 开始计数，所以减 1）。

   • TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler：用于设置预分频器的值。如设置为 8400 - 1，意味着将定时器的输入时钟（假设为 84MHz）分频为 84MHz/(8400)=10kHz ，从而调整定时器的计数频率。

   • TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision：用于设置时钟分频。TIM_CKD_DIV1表示不分频，它影响定时器内部某些信号的分频关系，在本示例中选择不分频，方便后续代码的移植和理解。

   • TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode：设置计数模式，TIM_CounterMode_Up表示向上计数模式，即从 0 开始计数，计数值达到TIM_Period设定值时触发溢出事件。

3. 配置 NVIC 参数

   • NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);：用于设置中断优先级分组，这里选择分组 2，确定抢占优先级和子优先级的分配方式。

   • NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel：指定中断通道，如TIM3_IRQn表示定时器 3 的中断通道。

   • NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority：设置抢占优先级，示例中设为 0 。

   • NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority：设置子优先级，示例中设为 0 。

   • NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd：使能中断通道。

4. 定时器中断配置：TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);用于使能定时器 3 的更新中断，当定时器计数值达到TIM_Period设定值并溢出时，会触发更新中断。

5. 使能定时器工作：TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);启动定时器 3，使其按照配置参数开始计数工作。

6. 定义定时器中断函数：在TIM3_IRQHandler函数中，通过TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)==SET检测是否发生更新中断事件。若发生，进行相应处理，如示例中每 1000 次中断（即 1 秒）通过串口发送 "hello\r\n" 字符串，并使用TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);清空中断标志位，告知 CPU 中断已处理完毕。

二、串口配置

（一）串口配置目的及整体流程

配置串口的主要目的是为了方便调试定时器。在本代码示例中，对串口 1 进行了详细配置，主要步骤如下：

1. 使能端口和串口时钟

   • RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);：使能 GPIOA 端口时钟，因为串口 1 的引脚复用在 GPIOA 上。

   • RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);：使能串口 1 的时钟。

2. 引脚复用功能映射：GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1);和GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1);将 GPIOA9 和 GPIOA10 分别复用为串口 1 的 TX 和 RX 引脚。

3. 端口配置

   • GPIO_InitStructure.GPIO_Pin：设置为GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10，即配置 GPIOA9 和 GPIOA10 引脚。

   • GPIO_InitStructure.GPIO_Mode：设置为GPIO_Mode_AF，表示复用功能模式。

   • GPIO_InitStructure.GPIO_Speed：设置为GPIO_Speed_50MHz，满足串口通信速率要求。

   • GPIO_InitStructure.GPIO_OType：设置为GPIO_OType_PP，推挽复用输出模式。

   • GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd：设置为GPIO_PuPd_UP，上拉模式，确保引脚在未输入时处于稳定的高电平状态。

   • GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);：初始化 GPIOA9 和 GPIOA10 引脚。

4. 串口参数配置

   • USART_InitStructure.USART_BaudRate：设置波特率为 115200。

   • USART_InitStructure.USART_WordLength：设置字长为 8 位。

   • USART_InitStructure.USART_StopBits：设置一个停止位。

   • USART_InitStructure.USART_Parity：设置无奇偶校验位。

   • USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl：设置无硬件数据流控制。

   • USART_InitStructure.USART_Mode：设置为USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx，即收发模式。

   • USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);：初始化串口 1。

5. 中断配置

   • NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);：设置中断优先级分组为 2 。

   • NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel：指定为USART1_IRQn，即串口 1 的中断通道。

   • NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority：设置抢占优先级为 1 。

   • NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority：设置子优先级为 1 。

   • NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd：使能中断通道。

   • USART_Cmd(USART1, ENABLE);：使能串口 1。

（二）重定向 printf 函数到串口

通过重定向fputc函数，实现将printf函数的输出重定向到串口。这样在代码中使用printf函数时，输出内容会通过串口发送出去，方便调试信息的查看。

int fputc(int ch, FILE *f) {/* 发送一个字节数据到串口 */USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch);/* 等待发送完毕 */while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); return (ch);
}

三、注意事项

1. 时钟配置修改：需要修改system_stm32f4xx.c中的时钟配置。在stm32f407.h中，将HSE_VALUE修改为实际使用的晶振频率，以确保系统时钟和定时器时钟等的准确性。例如，如果实际晶振频率为 8MHz，就需要将HSE_VALUE的值设置为 8000000。

2. 代码优化与扩展：在实际项目中，可根据需求进一步优化和扩展代码。比如，在定时器中断函数中，可以添加更多复杂的业务逻辑，而不仅仅是发送固定字符串；串口配置部分，可根据不同的通信需求调整波特率、数据位、停止位和校验位等参数。

通过上述对 STM32F407 通用定时器和串口配置的详细解析，开发者可以更加深入地理解这两个模块的工作机制和应用方法，为开发更复杂、更高效的嵌入式系统奠定坚实基础。希望本文能对大家在 STM32F407 开发过程中有所帮助