STM32F439ZI의 TIM2 General-Purpose Timer를 이용해 1초 주기(1 Hz) 를 만들고, 1초마다 LD1(PB0)을 toggle한다.

이번 장의 핵심 흐름:

16 MHz Timer Clock
        ↓
PSC = 1599
        ↓
10 kHz
        ↓
ARR = 9999
        ↓
1 Hz Update Event
        ↓
UIF = 1
        ↓
LED Toggle

사용 register:

RCC->APB1ENR
TIM2->PSC
TIM2->ARR
TIM2->CNT
TIM2->CR1
TIM2->SR

Ch08의 SysTick은 Cortex-M core 내부 timer였다.

TIM2는 STM32가 제공하는 peripheral timer다.

SysTick
→ Cortex-M Core

TIM2
→ STM32 Peripheral

TIM2의 주요 register:

가장 중요한 차이:

SysTick
COUNTFLAG

vs

TIM2
UIF

이다.

SysTick은 ARM Cortex-M 코어에 포함된 공통 타이머이고, TIM2는 STM32 주변장치다. 이번 실습에서는 TIM2의 Update Event 플래그(UIF)를 Polling하여 LED를 토글한다.

TIM2는 이외에도 PWM, Input Capture, Output Compare 등으로 활용할 수 있다.

원본 실습의 가정: TIM2에 공급되는 실제 Timer Clock = 16 MHz.

f_update = f_TIM2 / ((PSC + 1) × (ARR + 1))

PSC = 1599  →  16,000,000 / 1600 = 10,000 Hz
ARR = 9999  →  10,000 / 10000 = 1 Hz

결과: 1초마다 Update Event 발생

PSC/ARR은 0부터 세기 때문에 분주율 계산에 +1이 들어간다. 이 계산은 TIM2 Clock이 16 MHz로 설정됐다는 가정에 의존한다. MCU 코어 클럭이 16 MHz라고 해서 모든 APB Timer 입력 클럭이 자동으로 16 MHz가 되는 것은 아니다.

TIM2 레지스터에 접근하기 전 RCC의 APB1 Peripheral Clock을 활성화한다. 원본 코드는 다음과 같이 비트 0을 설정한다.

#define TIM2EN (1U << 0)
RCC->APB1ENR |= TIM2EN;

이것은 타이머를 사용할 수 있게 하는 클럭 게이트 활성화이고, 별도로 CR1.CEN을 설정해야 카운터가 동작한다.

TIM2->PSC는 Timer 입력 Clock을 나누는 분주 값을 보유한다.

TIM2->PSC = 1600 - 1;

16 MHz / 1600 = 10 kHz가 된다. (원본 실습 가정)

TIM2->ARR는 카운터가 주기적으로 돌아갈 기준값을 지정한다.

TIM2->ARR = 10000 - 1;

10 kHz의 Timer Count를 10,000개 사용하므로 Update Event 주기는 1초다.

TIM2->CNT는 현재 카운터 값을 나타낸다. 원본 실습은 초기값을 0으로 설정한다.

TIM2->CNT = 0;

Debugger의 Watch에서 CNT의 증가와 주기적인 Reload를 관찰할 수 있다.

CR1의 0번 비트인 CEN이 카운터 실행을 제어한다.

#define CR1_CEN (1U << 0)
TIM2->CR1 = CR1_CEN;

실습은 다른 CR1 비트들을 별도로 구성하지 않은 기본 동작을 사용한다.

Timer Update Event가 발생하면 TIM2->SR의 UIF 비트가 설정된다. 원본 코드는 이 상태를 Polling하고, 처리한 뒤 Software에서 UIF를 지운다.

#define SR_UIF (1U << 0)

while (!(TIM2->SR & SR_UIF)) { }
TIM2->SR &= ~SR_UIF;

UIF를 Clear하지 않으면 다음 반복에서 이벤트를 기다리지 않고 통과할 수 있다. 실제 TIM SR 비트는 Write-0-to-Clear 성격이므로, 실무 코드에서는 다른 Pending Flag를 우발적으로 지우지 않도록 해당 MCU 레퍼런스 매뉴얼에 맞춰 Clear 방식을 신중하게 정해야 한다.

RCC APB1 Clock Enable
       ↓
PSC = 1599
       ↓
ARR = 9999
       ↓
CNT = 0
       ↓
CR1.CEN = 1
       ↓
TIM2 Counting
       ↓
Update Event (UIF = 1)
       ↓
Software Polling / UIF Clear
       ↓
LD1 Toggle

구현 순서 주의: 위 순서는 원리 설명에 맞춘 흐름이다. 아래에 보존한 원본 main.c 코드는 led_toggle()을 먼저 실행하고 UIF를 기다리는 순서이므로, 최초 Toggle은 1초 뒤가 아니라 초기화 직후 발생한다. 원본 실습 코드와 설명의 차이를 의도적으로 남겨 둔다.

별도 보관된 Ch09 원본에서 명시된 프로젝트 구조다.

Ch09_tim/
├── Inc/
│   ├── gpio.h
│   └── tim.h
├── Src/
│   ├── gpio.c
│   ├── tim.c
│   └── main.c
└── 기타 공통 Startup, Linker, CMSIS 파일

Ch04에서 다룬 공통 MCU Startup 및 Build 환경은 이 장에서 반복하지 않는다.

원본 별도 Ch09 TIM 실습 페이지의 소스 코드를 보존했다.

#ifndef GPIO_H
#define GPIO_H

#include <stdbool.h>

/* ---- LED (PB0, LD1 녹색) ---- */
void led_init(void);
void led_on(void);
void led_off(void);

/* ---- Push Button (PC13, B1) ---- */
void button_init(void);
bool get_btn_state(void);

void led_toggle(void);   /* Ch08에서 추가 */

#endif /* GPIO_H */

#include "stm32f4xx.h"
#include "gpio.h"

#define LED_PIN    0U   /* PB0 = LD1 (녹색) */
#define BTN_PIN    13U  /* PC13 = B1 */

void led_init(void)
{
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOBEN;

    GPIOB->MODER &= ~(0x3UL << (LED_PIN * 2));
    GPIOB->MODER |=  (0x1UL << (LED_PIN * 2));
}

void led_on(void)
{
    GPIOB->BSRR = (1UL << LED_PIN);        /* Set */
}

void led_off(void)
{
    GPIOB->BSRR = (1UL << (LED_PIN + 16)); /* Reset */
}

void button_init(void)
{
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOCEN;

    GPIOC->MODER &= ~(0x3UL << (BTN_PIN * 2));  /* Input */
    GPIOC->PUPDR &= ~(0x3UL << (BTN_PIN * 2));  /* No pull (보드가 자체 처리) */
}

bool get_btn_state(void)
{
    return (GPIOC->IDR & (1UL << BTN_PIN)) != 0U;  /* active-HIGH */
}

void led_toggle(void)
{
    GPIOB->ODR ^= (1UL << 0);  /* PB0 = LD1 */
}

#ifndef TIM_H_
#define TIM_H_

#include "stm32f4xx.h"

#define SR_UIF (1U << 0)

void tim2_1hz_init(void);

#endif /* TIM_H_ */

#include "tim.h"

#define TIM2EN   (1U << 0)
#define CR1_CEN  (1U << 0)

void tim2_1hz_init(void)
{
    RCC->APB1ENR |= TIM2EN;

    TIM2->PSC = 1600 - 1;   /* 16MHz -> 10kHz */
    TIM2->ARR = 10000 - 1;  /* 10kHz -> 1초 */
    TIM2->CNT = 0;
    TIM2->CR1 = CR1_CEN;
}

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

int main(void)
{
    led_init();
    tim2_1hz_init();

    while (1)
    {
        led_toggle();

        while (!(TIM2->SR & SR_UIF)) { }
        TIM2->SR &= ~SR_UIF;
    }
}

원본 코드 이해 시 주의사항

• 첫 토글 시점: led_toggle()이 while (!(TIM2->SR & SR_UIF)) 앞에 있어 첫 LED 전환은 초기화 직후에 발생한다. 다음 전환부터 Timer Event를 기다린다.
• 실제 Timer Clock: PSC=1599, ARR=9999에서 1 Hz가 되려면 TIM2에 입력되는 Clock이 16 MHz여야 한다. 다른 설정에서는 PSC/ARR 재계산이 필요하다.
• UIF 초기 상태: Timer 초기화 과정 중 Update Flag가 이미 설정되면 첫 대기 동작이 즉시 종료될 수 있다. 첫 인터벌을 보장하려면 시작 전 Flag/Update Event 상태를 확인해야 한다.
• UIF Clear: 원본은 TIM2->SR &= ~SR_UIF를 사용한다. 다른 Flag의 보존과 W0C 레지스터 정책까지 검토한 개선 코드는 별도 단계에서 수정해야 한다.
• Button 관련 함수: GPIO 소스에 버튼 초기화/읽기 함수가 정의되어 있으나 이 main.c에서는 사용하지 않는다.

이 페이지에 실은 코드는 역사적 실습 원본이며, 위 주의사항을 해결해 새 빌드/보드 실험을 완료한 수정 코드라고 주장하지 않는다.

SysTick은 단순 timing을 만들기에는 편하지만 general-purpose timer는 이후 더 다양한 hardware 기능으로 확장할 수 있다.

TIM
├── Periodic Timing
├── PWM
├── Output Compare
├── Input Capture
└── Event Generation

따라서 이번 1Hz 실습은 이후 Timer peripheral 활용의 가장 기본적인 단계다.

기존 실습 결과:

text = 764 bytes
data = 0 bytes
bss  = 2560 bytes

Warning 없이 build 완료.

make clean
make

Expected:

Build PASS

text = 764
data = 0
bss  = 2560

Debugger:

TIM2->PSC

Expected:

1599

계산:

16 MHz / 1600
=
10 kHz

Debugger:

TIM2->ARR

Expected:

9999

계산:

10 kHz / 10000
=
1 Hz

Watch:

TIM2->CNT

실행 중 값이 증가하는 것을 확인한다.

0
→
1
→
2
→
...

Breakpoint를 다음 줄에 걸 수 있다.

TIM2->SR &= ~SR_UIF;

1초가 지나 breakpoint에 도달하면:

TIM2->SR bit0
=
1

인지 확인한다.

그다음 clear 이후:

UIF
=
0

으로 돌아가는지 확인한다.

Expected:

LD1 Toggle
every 1 second

즉:

LED ON  → 약 1초
LED OFF → 약 1초

이므로 완전한 ON/OFF cycle은 약:

2 seconds

이다.

이 장에서는 board 사진보다 debugger에서 timer register가 실제 계산값과 일치하는 것을 보여주는 것이 중요하다.

PSC = 1599
ARR = 9999
CNT = increasing
UIF = 0 → 1

이 네 가지를 한 화면에서 확인하면 좋다.

images/ch09_build.png
images/ch09_psc_arr.png
images/ch09_cnt.png
images/ch09_uif.png
images/ch09_led.gif

가장 중요한 증거:

PSC / ARR Register
+
CNT Counting
+
UIF Assert
+
1-second LED Toggle

16 MHz
   ↓
PSC + 1 = 1600
   ↓
10 kHz
   ↓
ARR + 1 = 10000
   ↓
1 Hz
   ↓
Update Event
   ↓
UIF

• TIM2는 STM32의 General-Purpose Timer다.
• TIM2를 사용하기 전에 APB1 clock을 enable한다.
• PSC는 timer input clock을 분주한다.
• ARR은 timer period를 결정한다.
• CNT는 현재 counter value를 나타낸다.
• Update Event 주파수는 f_timer / ((PSC+1) × (ARR+1))이다.
• 16MHz에서 PSC=1599, ARR=9999로 1Hz를 만든다.
• CR1.CEN을 set하면 counter가 동작한다.
• Update Event가 발생하면 SR.UIF를 확인할 수 있다.
• 이번 실습은 UIF polling 방식이다.
• 이벤트 처리 후 UIF를 clear하고 다음 주기를 기다린다.