timer (hardware)

Hardwarový timer je periferie v mikrokontroléru, která odlehčuje CPU od časově kritických a repetitivních úloh (jako je generování PWM signálu, měření časových intervalů atd.).

Základní registry

Timer se skládá z několika klíčových registrů:

• Counter register — počítadlo, které se inkrementuje/dekrementuje s každým tiknutím
• Prescaler register — dělí vstupní clock. Pokud timer dostává 84 MHz a prescaler je 84, counter se inkrementuje s frekvencí 1 MHz
• Autoreload register — definuje periodu counteru. Když counter dosáhne této hodnoty, resetuje se na 0 a začne znovu
• Capture/Compare register (CCR) — používá se pro porovnání s counterem, klíčový pro PWM generování

Kanály

Timer může mít více nezávislých kanálů (typicky 4). Každý kanál má vlastní CCR, takže může generovat nezávislý výstup. Kanály sdílejí prescaler, autoreload a counter (tedy frekvenci), ale duty cycle je pro každý kanál nezávislý.

Režimy

• Output — timer generuje signál ven na pin (např. PWM)
• Input Capture — timer měří příchozí signál (např. délku pulzu)

Frekvence timeru

Vstupní clock timeru závisí na tom, na jaké sběrnici timer sedí (např. APB1, APB2). Timer clock se pak dělí prescalerem a autoreload hodnotou.

Vzorce

Timer clock (frekvence tikání counteru): \(f_{timer} = \frac{f_{vstup}}{prescaler + 1}\)

Prescaler se přičítá 1, protože hodnota 0 = dělení jedničkou (žádné dělení).

Frekvence periody (jak často counter přeteče / jak často se celý cyklus opakuje): \(f_{perioda} = \frac{f_{timer}}{ARR + 1} = \frac{f_{vstup}}{(prescaler + 1) \times (ARR + 1)}\)

ARR (Autoreload) se taky přičítá 1, protože counter počítá od 0 — tedy ARR = 255 znamená 256 kroků (0–255).

Příklad

• Vstupní clock = 84 MHz
• Prescaler = 9 → $f_{timer}$ = 84 MHz / 10 = 8.4 MHz
• ARR = 255 → $f_{perioda}$ = 8.4 MHz / 256 = 32 812 Hz

To znamená, že jedna celá perioda (např. PWM cyklus) trvá přibližně 30 µs.

Důležité

V PWM módu timer negeneruje interrupt (pokud ho explicitně nepovolíš). Hardware sám přepíná pin HIGH/LOW podle CCR registru — CPU se o to nestará. To je celý smysl offloadingu na timer.

Mapování na piny

Výstupy timeru jsou propojené s konkrétními GPIO piny přes alternate function. Toto mapování je nadrátované v křemíku a najdeš ho v datasheetu čipu.

Přerušení timeru

Update Event Flag (UIF)

Když counter přeteče (dosáhne ARR a resetuje se), hardware nastaví flag TIM_FLAG_UPDATE (bit UIF v registru TIM_SR). Pokud je povoleno update interrupt (TIM_IT_UPDATE), vyvolá se ISR. Flag se musí manuálně vyčistit v ISR — pokud to neuděláš, přerušení se vyvolá okamžitě znovu (nekonečná smyčka přerušení).

__HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim, TIM_FLAG_UPDATE);

Sdílené IRQ vektory (STM32F4)

Na STM32F4 není dostatek IRQ linek pro každý timer zvlášť, takže některé timery sdílejí IRQ vektor. Název vektoru popisuje, které eventy kterých timerů sdílejí daný vektor:

IRQ Handler	Zdroj 1	Zdroj 2
TIM8_UP_TIM13_IRQHandler	TIM8 update event	TIM13
TIM1_BRK_TIM9_IRQHandler	TIM1 break event	TIM9
TIM1_UP_TIM10_IRQHandler	TIM1 update event	TIM10
TIM1_TRG_COM_TIM11_IRQHandler	TIM1 trigger/commut.	TIM11

UP = update event, ne “counting up”. Přerušení TIM1 jsou rozdělena podle typu eventu do více vektorů, a ke každému je připojen menší timer.

Pokud jsou oba timery na jednom vektoru aktivní, musíš v ISR zkontrolovat flagy obou:

void TIM8_UP_TIM13_IRQHandler(void)
{
  if (__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim8, TIM_FLAG_UPDATE)) {
    __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim8, TIM_FLAG_UPDATE);
    // handle TIM8
  }
  if (__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim13, TIM_FLAG_UPDATE)) {
    __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim13, TIM_FLAG_UPDATE);
    // handle TIM13
  }
}

Pokud druhý timer nepoužíváš, stačí ošetřit jen ten svůj — ale kontrola flagu je dobrá praxe proti spurious interruptům.