GD32自学笔记：5.定时器中断

        定时器中断功能主要是两点：

        1.怎么配置的定时器中断时间间隔；

        2.中断里长什么样

一、定时器中断配置函数

        直接在bsp_basic_timer.c里找到下面函数：

void basic_timer_config(uint16_t pre,uint16_t per)
{/* Ò»¸öÖÜÆÚµÄʱ¼äT = 1/f, ¶¨Ê±Ê±¼ätime = T * ÖÜÆÚÉèÔ¤·ÖƵֵλpre,ÖÜÆÚλpertime = (pre + 1) * (per + 1) / psc_clk*/timer_parameter_struct timere_initpara; 							// ¶¨Ò嶨ʱÆ÷½á¹¹Ìå/* ¿ªÆôʱÖÓ */rcu_periph_clock_enable(BSP_TIMER_RCU); 							// ¿ªÆô¶¨Ê±Æ÷ʱÖÓ/* CK_TIMERx = 4 x CK_APB1  = 4x50M = 200MHZ */rcu_timer_clock_prescaler_config(RCU_TIMER_PSC_MUL4); // ÅäÖö¨Ê±Æ÷ʱÖÓtimer_deinit(BSP_TIMER);														  // ¸´Î»¶¨Ê±Æ÷/* ÅäÖö¨Ê±Æ÷²ÎÊý */timere_initpara.prescaler = pre-1;                    //  ʱÖÓÔ¤·ÖƵֵ 0-65535   psc_clk = CK_TIMER / pretimere_initpara.alignedmode = TIMER_COUNTER_EDGE;     // ±ßÔµ¶ÔÆë                  timere_initpara.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP;  // ÏòÉϼÆÊý    timere_initpara.period = per-1;                       // ÖÜÆÚ  /* ÔÚÊäÈ벶»ñµÄʱºòʹÓà  Êý×ÖÂ˲¨Æ÷ʹÓõIJÉÑùƵÂÊÖ®¼äµÄ·ÖƵ±ÈÀý */timere_initpara.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1;     // ·ÖƵÒò×Ó         /* Ö»Óи߼¶¶¨Ê±Æ÷²ÅÓÐ ÅäÖÃΪx£¬¾ÍÖظ´x+1´Î½øÈëÖÐ¶Ï */    timere_initpara.repetitioncounter = 0;							  // Öظ´¼ÆÊýÆ÷ 0-255  timer_init(BSP_TIMER,&timere_initpara);								// ³õʼ»¯¶¨Ê±Æ÷/* ÅäÖÃÖжÏÓÅÏȼ¶ */nvic_irq_enable(BSP_TIMER_IRQ,3,2); 									// ÉèÖÃÖжÏÓÅÏȼ¶Îª 3,2/* ʹÄÜÖÐ¶Ï */timer_interrupt_enable(BSP_TIMER,TIMER_INT_UP);       // ʹÄܸüÐÂʼþÖÐ¶Ï /* ʹÄܶ¨Ê±Æ÷ */timer_enable(BSP_TIMER);
}

        定时器中断初始化流程：

1. 启用定时器时钟

   • 代码：rcu_periph_clock_enable(BSP_TIMER_RCU);
   • 功能：开启定时器模块的时钟（BSP_TIMER_RCU 定义了具体定时器外设，如 TIMER0）。
   • 说明：通过 RCU（Reset and Clock Unit）模块为定时器提供时钟信号。

2. 配置定时器时钟分频

   • 代码：rcu_timer_clock_prescaler_config(RCU_TIMER_PSC_MUL4);
   • 功能：设置定时器时钟为 APB1 时钟的 4 倍（4 × 50MHz = 200MHz）。
   • 说明：定时器时钟频率（CK_TIMER）决定计数速度，影响定时精度。

3. 复位定时器

   • 代码：timer_deinit(BSP_TIMER);
   • 功能：将定时器寄存器复位到默认状态，确保无残留配置。
   • 说明：清除之前的配置，为新设置做准备。

4. 配置定时器参数

   • 代码：
     timer_parameter_struct timere_initpara; timere_initpara.prescaler = pre-1; // 预分频值                                                                                                        timere_initpara.alignedmode = TIMER_COUNTER_EDGE; // 边沿对齐 timere_initpara.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP; // 向上计数 timere_initpara.period = per-1; // 周期                    timere_initpara.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1; // 时钟分频因子 timere_initpara.repetitioncounter = 0; // 重复计数器            timer_init(BSP_TIMER, &timere_initpara);
   • 功能：
     • 定义并初始化定时器参数结构体 timer_parameter_struct。
     • 设置预分频值 (pre-1)，定时器计数频率 = CK_TIMER / (pre)。
     • 配置为边沿对齐模式（TIMER_COUNTER_EDGE）和向上计数（TIMER_COUNTER_UP）。
     • 设置周期值 (per-1)，决定定时器溢出周期，定时时间 = (pre × per) / CK_TIMER。
     • 时钟分频因子为 1（TIMER_CKDIV_DIV1），不额外分频。
     • 重复计数器为 0（repetitioncounter = 0），无重复计数，适用于基本定时器。
     • 调用 timer_init 初始化定时器寄存器。
   • 说明：定时时间计算公式为 time = (pre × per) / CK_TIMER，例如，若 pre=20000, per=10000, CK_TIMER=200MHz，则 time = (20000 × 10000) / 200,000,000 = 1秒。

5. 配置中断优先级

   • 代码：nvic_irq_enable(BSP_TIMER_IRQ, 3, 2);
   • 功能：启用定时器中断（BSP_TIMER_IRQ），设置 NVIC 中断优先级为抢占优先级 3，子优先级 2。
   • 说明：确保定时器中断能够被 CPU 响应，优先级决定中断处理顺序。

6. 使能定时器更新中断

   • 代码：timer_interrupt_enable(BSP_TIMER, TIMER_INT_UP);
   • 功能：启用定时器更新事件中断（TIMER_INT_UP），当计数器溢出时触发中断。
   • 说明：更新事件发生在计数器达到 per-1 并溢出时，触发中断处理程序。

7. 启动定时器

   • 代码：timer_enable(BSP_TIMER);
   • 功能：使能定时器，开始计数。
   • 说明：定时器按照配置的频率和周期运行，定期触发中断。

二、中断函数

        同样在bsp_basic_timer.c中的中断函数如下：

void BSP_TIMER_IRQHANDLER(void)
{/* ÕâÀïÊǶ¨Ê±Æ÷ÖÐ¶Ï */if(timer_interrupt_flag_get(BSP_TIMER,TIMER_INT_FLAG_UP) == SET){timer_interrupt_flag_clear(BSP_TIMER,TIMER_INT_FLAG_UP);  // Çå³ýÖжϱê־λ /* Ö´Ðй¦ÄÜ */gpio_bit_toggle(PORT_LED2,PIN_LED2);                      // ·­×ªledprintf("BSP_TIMER_IRQHANDLER!\r\n");          						// ´®¿Ú´òÓ¡BSP_TIMER_IRQHANDLER!}
}

        定时器中断函数在执行功能前主要进行了两个操作：

1. 检查中断标志

   • 代码：if(timer_interrupt_flag_get(BSP_TIMER, TIMER_INT_FLAG_UP) == SET)
   • 功能：检查定时器 BSP_TIMER 的更新中断标志位（TIMER_INT_FLAG_UP）是否置位（SET）。
   • 说明：
     • 更新中断标志在定时器计数器溢出时自动置位，表示一次定时周期完成。
     • 条件判断确保只处理更新中断，避免误处理其他中断类型。
     • BSP_TIMER 是预定义的定时器，此处对应的是TIMER5,由历史会话中的 basic_timer_config 配置。

1. 清除中断标志

   • 代码：timer_interrupt_flag_clear(BSP_TIMER, TIMER_INT_FLAG_UP);
   • 功能：清除定时器的更新中断标志位。
   • 说明：
     • 清除标志位以确保下一次中断能够正确触发。
     • 如果不清除，中断可能持续触发，导致程序异常或死锁。
     • 这是中断服务函数的标准操作，防止重复进入中断。

三、如何调用

        在main.c里面只需要配置一下 basic_timer_config函数就行，调用代码如下：

basic_timer_config(20000,10000);  // ¶¨Ê±Æ÷³õʼ»¯

• 定时时间公式：time = (pre × per) / CK_TIMER
• 代入参数
  pre = 20000 (实际预分频系数 19999 + 1)
• per = 10000 (实际周期 9999 + 1)
• CK_TIMER = 200,000,000 Hz
• time = (20000 × 10000) / 200,000,000 = 200,000,000 / 200,000,000 = 1 秒

        运行后可以看到串口一直在输出:

        并且开发板上对应的LED2在闪烁

四、思考

为什么常常使用ADC时不直接放在 while(1) 主循环中使用 delay 控制采样间隔？

        不是不行，也可以，但是：

1. 延时不精确，受主循环影响

   • 在主循环中使用 delay_ms(500) 等软件延时函数时，延时基于 CPU 空闲循环（如空指令循环）实现，但实际时间会因编译优化、系统时钟偏差或中断干扰而抖动（例如，串口中断或 GPIO 操作可能打断延时，导致采样间隔不均匀）。
   • 问题：采样间隔（如每 500ms 采样一次）无法严格控制，可能导致数据采集不均匀，影响信号处理精度（如历史会话中提到的 ADC 采样）。
   • 示例：若主循环中插入其他任务（如 LED 控制），延时函数会阻塞整个 CPU，造成采样时机漂移。

2. 阻塞主循环，降低系统响应性

   • delay 是“忙等待”（busy-waiting），CPU 在延时期间完全闲置，无法处理其他任务（如用户输入、通信或外设事件）。
   • 问题：在多任务环境中（如实时控制系统），主循环被阻塞会导致系统响应迟钝，甚至错过关键事件。例如，定时器中断每 1 秒触发 LED 翻转，若也需要ADC 采样用 delay 阻塞 500ms，主循环就无法及时响应其他中断。
   • 效率低：CPU 利用率低下，浪费资源，尤其在低功耗应用中不友好。

3. 不适合实时性和周期性要求

   • ADC 采样往往需要固定间隔（如传感器数据采集），主循环的软件延时无法保证硬件级精度，受温度、电压等因素影响。
   • 问题：在高速采样场景（如音频或电机控制），间隔抖动可能导致数据失真或系统不稳定。若 ADC 采样直接用 delay，与定时器中断（1 秒间隔）冲突，可能干扰整体流程。

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为什么ADC采样常放到定时器中断中？

1. 精确的硬件定时

   • 定时器使用硬件计数器（如 basic_timer_config(20000, 10000) 配置 1 秒间隔），基于系统时钟（CK_TIMER = 200MHz）精确控制中断触发时机，间隔误差极小（纳秒级）。
   • 优势：不受主循环影响，确保 ADC 采样严格周期性（如每 500ms 触发一次），提高数据一致性和精度。定时器可自动重载，无需软件干预。

2. 非阻塞执行，提高系统效率

   • 中断服务函数（如 BSP_TIMER_IRQHANDLER）在定时器溢出时自动调用，执行 ADC 采样后快速返回，主循环继续运行其他任务。
   • 优势：避免阻塞，支持多任务并行。例如，历史会话中定时器中断可用于 ADC 触发采样，同时主循环处理串口输出或 LED 控制，CPU 利用率高。结合 DMA（直接内存访问）可进一步自动化数据传输，减少 CPU 负担。

3. 增强实时性和可扩展性

   • 中断优先级机制（如 NVIC 设置抢占优先级 3）确保 ADC 采样及时响应，适用于实时系统（如工业控制）。
   • 优势：易于调整间隔（修改 pre 和 per 参数），并支持多通道采样（如定时器触发 ADC 多通道）。1 秒中断可扩展为 500ms ADC 采样，结合 timer_interrupt_enable(BSP_TIMER, TIMER_INT_UP) 实现周期触发。