STM32定时器完全指南：从基础原理到高级应用 | 零基础入门STM32第九十六步

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TIM定时器重点课程	定时器，捕获器，比较器，PWM，单脉冲。高级TIM。定时器中断。	了解TIM使用

师从洋桃电子，杜洋老师

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一、定时器核心原理

1.1 硬件架构解析

1.2 核心参数公式

定时周期计算公式：

T = \frac{(ARR+1) \times (PSC+1)}{F_{CLK}}

• ARR：自动重装载值（0-65535）
• PSC：预分频系数（0-65535）
• F_CLK：输入时钟频率（单位：Hz）

二、定时器三大功能矩阵

2.1 功能对比表

功能类型	触发机制	典型应用场景	关键寄存器
普通定时	计数器溢出触发	系统心跳/延时控制	TIMx_ARR, TIMx_PSC
输入捕获	边沿触发捕获	脉冲宽度/频率测量	TIMx_CCR, TIMx_SR
输出比较/PWM	比较匹配触发	电机控制/LED调光	TIMx_CCMR, TIMx_CCER

2.2 应用场景拓扑图

三、普通定时功能实践

3.1 定时器工作流程

3.2 配置要点说明

• 时钟源选择：APB1总线时钟（最大72MHz）
• 计数模式：向上计数/向下计数/中央对齐
• 中断优先级：需合理配置NVIC抢占优先级

四、输入捕获深度解析

4.1 脉冲测量原理

graph LR
    A[信号输入] --> B{边沿检测}
    B -->|上升沿| C[记录T1]
    B -->|下降沿| D[记录T2]
    D --> E[脉宽=T2-T1]
    C -->|周期测量| F[记录T3]
    F --> G[频率=1/(T3-T1)]

4.2 工业级应用案例

1. 超声波测距：测量回波时间差
2. 旋转编码器：解析正交信号
3. 电源管理：检测电压过零时刻

五、输出比较与PWM实战

5.1 PWM生成机制

5.2 高级PWM应用

模式类型	波形特点	适用场景
边沿对齐	固定频率可变占空比	LED调光
中央对齐	对称波形减少谐波	电机驱动
互补输出	带死区控制的互补信号	H桥电路

六、程序架构解析

6.1 初始化流程

6.2 关键代码片段

// 定时器初始化示例
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;
TIM_InitStruct.TIM_Period = 9999;       // 1秒周期
TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = 7199;    // 7200分频
TIM_InitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_InitStruct);

// 中断服务函数示例
void TIM3_IRQHandler(void) {
    if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update)) {
        GPIO_WriteBit(LED_PORT, LED_PIN, !GPIO_ReadOutputDataBit(LED_PORT, LED_PIN));
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
    }
}

七、扩展应用与优化

7.1 高级应用场景

• 多定时器同步：主从模式实现精密时序控制
• DMA传输：自动更新PWM参数无需CPU干预
• 低功耗整合：在停机模式下保持定时器运行

7.2 性能优化技巧

优化方向	实施方法	效果提升
中断效率	使用DMA替代中断	减少CPU负载
精度提升	启用重复计数器	扩展定时范围
功耗控制	动态调整预分频值	平衡性能与功耗

八、常见问题解答

Q1：定时器中断响应不及时？

• 检查NVIC优先级设置
• 优化中断服务程序长度
• 确认未关闭全局中断

Q2：PWM输出频率偏差大？

• 校准时钟源精度
• 检查ARR和PSC计算
• 使用示波器实际测量

Q3：输入捕获值跳变异常？

• 增加数字滤波器
• 检查信号边沿质量
• 配置合适的触发极性

附：定时器寄存器速查表

寄存器	功能描述	访问方式
TIMx_CR1	控制寄存器1	读写
TIMx_SMCR	从模式控制寄存器	特殊配置
TIMx_DIER	DMA/中断使能寄存器	事件控制
TIMx_CCMR1/2	捕获/比较模式寄存器	通道配置

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九、相关资源

[1] 洋桃电子B站课程-STM32入门100步
[2] STM32官方文档手册
[3] STM32F103固件函数库用户手册（中文）
[4] 定时器中断测试程序
[5] 定时器原理与应用.pptx

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📌 下期预告：下一期将探讨CRC与芯片ID原理，欢迎持续关注！

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实测开发版：洋桃1号开发版（基于STM32F103C8T6）
更新日志：

• v1.0 初始版本（2025-04-08）