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GD32的中断、定时器与PWM综合使用

news 来源：原创 2025/5/22 14:08:36

引言

GD32F4xx系列微控制器凭借其Cortex-M4内核和丰富外设资源，在工业控制、物联网等领域广泛应用。本文通过多个实战案例，深入解析中断处理机制、定时器应用及PWM波形生成的实现，并最终实现蜂鸣器音乐播放功能。

开发环境

硬件：GD32F450开发板
工具链：GCC + GD32 Firmware Library
关键外设：TIMER、USART、GPIO、SYSTICK

一、异常与中断处理机制

在gd32f4xx_it.c中定义了ARM Cortex-M4的核心异常处理函数：

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// 硬件异常处理（进入死循环）
void HardFault_Handler(void) {
    while(1);
}

// 定时器5中断服务函数（示例）
void TIMER5_DAC_IRQHandler() {
    if(timer_interrupt_flag_get(TIMER5, TIMER_INT_FLAG_UP)) {
        gpio_bit_toggle(GPIOC, GPIO_PIN_9); // LED翻转
        timer_interrupt_flag_clear(TIMER5, TIMER_INT_FLAG_UP);
    }
}

关键点：

异常处理函数命名需与向量表一致
清除中断标志避免重复触发
优先级通过nvic_irq_enable()配置

二、定时器基础应用

1. 定时器配置流程（以TIMER5为例）

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void Timer_config() {
    rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER5); // 使能时钟
    timer_deinit(TIMER5); // 复位定时器
    
    timer_parameter_struct tps = {
        .prescaler = 10000 - 1,         // 预分频
        .period    = SystemCoreClock/10000 -1 // 自动重装载值
    };
    timer_init(TIMER5, &tps);
    
    timer_interrupt_enable(TIMER5, TIMER_INT_UP); // 使能更新中断
    nvic_irq_enable(TIMER5_DAC_IRQn, 2, 2);       // 设置中断优先级
    timer_enable(TIMER5); // 启动定时器
}

参数计算：

定时频率 = 系统时钟 / (预分频+1) / (周期+1)
例：系统时钟120MHz，生成1Hz信号

三、PWM生成与多通道控制

1. PWM输出配置（TIMER1通道0）

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void PWM_Config() {
    // GPIO复用配置
    gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_1, GPIO_PIN_5); // PA5复用为TIMER1_CH0
    
    // 定时器基础配置
    timer_parameter_struct tps = { ... };
    timer_init(TIMER1, &tps);
    
    // PWM通道配置
    timer_oc_parameter_struct oc_param = {
        .outputstate = TIMER_CCX_ENABLE,
        .ocpolarity  = TIMER_OC_POLARITY_HIGH
    };
    timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_0, &oc_param);
    timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1, TIMER_CH_0, pulse); // 设置占空比
}

2. 多通道PWM控制（TIMER2三通道）

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// 通过串口指令调整占空比示例
void Usart0_on_recv(uint8_t* data) {
    switch(data[0]) {
        case 0x00: Timer2_ch0_update(duty0++); break; // CH0占空比+
        case 0x01: Timer2_ch0_update(duty0--); break; // CH0占空比-
        // 其他通道类似
    }
}

四、蜂鸣器音乐播放实战

1. 音符频率生成原理

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// 根据音符值设置定时器周期
void Buzzer_beep(uint8_t note) {
    uint32_t freq = note_table[note]; // 音符频率表
    timer_autoreload_value_config(TIMERx, SystemCoreClock / freq);
}

2. 《两只老虎》乐谱实现

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// 音符与节拍数据
uint8_t notes[] = {1,2,3,1, 1,2,3,1, 3,4,5, ...};
uint8_t durations[] = {4,4,4,4, 4,4,4,4, 4,4,8, ...};

// 播放逻辑
for(int i=0; i<len; i++) {
    Buzzer_beep(notes[i]);
    delay_1ms(durations[i] * 100); // 持续音符
    Buzzer_stop();
    delay_1ms(20); // 音符间隔
}

五、系统滴答定时器(SYSTICK)

1. 微秒级延时实现

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volatile uint32_t tick = 0;

void SysTick_Handler(void) {
    tick++;
}

uint32_t systick_tick_us() {
    return tick;
}

void delay_1us(uint32_t us) {
    uint32_t start = systick_tick_us();
    while(systick_tick_us() - start < us);
}