STM32G474单片机开发入门(六)定时器TIMER详解及实战含源码

一.概要

定时器的简介
定时器就是计数器，应用在我们生活的方方面面，比如有闹钟、计时器等。STM32G474RET6定时器分为3类，即高级控制定时器(TIM1,TIM8,TIM20)、通用定时器(TIM2,TIM3,TIM4,TIM5,TIM15,TIM16,TIM17)，基本定时器(TIM6,TIM7)，高精度定时器(HRTIM)，低功耗定时器(LPTIM1)要学会定时器要懂得分频设置、计数器设置。

1、高级控制定时器
高级控制定时器由一个16位的自动装载计数器组成，它由一个可编程的预分频器驱动。它适合多种用途，包含测量输入信号的脉冲宽度(输入捕获)，或者产生输出波形(输出比较、PWM、嵌入死区时间的互补PWM等)。使用定时器预分频器和RCC时钟控制预分频器，可以实现脉冲宽度和波形周期从几个微秒到几个毫秒的调节。高级控制定时器(TIM1,TIM8,TIM20)和通用定时器(TIM2,TIM3,TIM4等)是完全独立的，它们不共享任何资源。它们可以同步操作

2、通用定时器
通用定时器是一个通过可编程预分频器驱动的16位自动装载计数器构成，也有32位的自动装载计数器(TIM2,TIM5)，它适用于多种场合，包括测量输入信号的脉冲长度(输入捕获)或者产生输出波形(输出比较和PWM)。使用定时器预分频器和RCC时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。每个定时器都是完全独立的，没有互相共享任何资源。它们可以一起同步操作。

3、基本定时器
基本定时器 包含一个 16 位自动重载计数器，该计数器由可编程预分频器驱动。此类定时器不仅可用作通用定时器以生成时基，还可以专门用于驱动数模转换器 (DAC) 。此类定时器内部连接到 DAC 并能够通过其触发输出驱动 DAC 。

4、高精度定时器
STM32G474的HRTIM（高分辨率定时器）主要具有以下特点：分辨率与精度HRTIM具有‌184皮秒（ps）的分辨率‌，并针对电压和温度变化进行补偿，确保高精度定时控制，高达12 路PWM输出。

我们以通用定时器为例，通用定时器能应付我们一般使用场景，后面对定时器的内部构造，配置使用，实际使用进行一一讲解

二.通用定时器内部结构

通用定时器由4部分组成：①时基单元 ②时钟源 ③输入捕获 ④输出比较。

1.时基单元

可编程通用定时器的主要部分是一个16位计数器和与其相关的自动装载寄存器。这个计数器可以向上计数、向下计数或者向上向下双向计数。此计数器时钟由预分频器分频得到。 计数器、自动装载寄存器和预分频器寄存器可以由软件读写，在计数器运行时仍可以读写。

时基单元包含：
● 计数器寄存器(TIMx_CNT) ：向上计数、向下计数或者中心对齐向计数，最常用是向上对齐。

● 预分频器寄存器 (TIMx_PSC) ：可将时钟频率按1到65536之间的任意值进行分频，可在运行时改变其设置值。

● 自动装载寄存器 (TIMx_ARR) ：
在向上计数模式中，计数器（TIMx_CNT）从0计数到自动装载寄存器值(TIMx_ARR计数器的内容)，然后重新从0开始计数并且产生一个计数器溢出事件。
自动装载寄存器是预先装载的，写或读自动重装载寄存器将访问预装载寄存器。

通过以上3个寄存器，就能实现时间计时，比如我们单片机系统主频是170MHZ，我们分频给他分成170分频，那定时器时钟就是1MHZ，TIMx_CNT一般都是从0开始自动计数，假如我们想TIMx_CNT从0递增至999时溢出，产生中断，然后自动又从0开始计数，在产生溢出中断的时候，计数频率就是(170000000/170)/1000=1000HZ，周期就是1ms了，所以自动装载TIMx_ARR需赋值为999，分频TIMx_PSC为169，以上两个数就能产生1ms周期的时间中断。中断产生时候，比如定时器2，单片机就会1ms自动调用一次定时器中断服务程序TIM2_IRQHandler，我们可以在TIM2_IRQHandler里面添加我们需要的应用程序代码。

接下去介绍下影子寄存器
ARR，PSC，捕获/比较等寄存器在物理上对应了两个寄存器，一个是开放出来给程序员可以写入和读出的预装载寄存器(preloadregister)，另一个并没有开放出来，即程序员看不见的、但在操作中真正起作用的影子寄存器(shadowregister)，预加载寄存器为用户用来配置的寄存器（用户用来读写值），而影子寄存器是真正起作用的寄存器。

设计预装载寄存器 (preloadregister) 和影子寄存器 (shadowregister)的好处：
通过更新事件（UEV）触发机制，所有影子寄存器（如ARR、PSC、CCR）可同时从对应的预装载寄存器加载新值，确保多通道参数（如PWM频率和占空比）的修改严格同步‌，例如，修改ARR和CCR时，若ARPE/OCxPE=1，新值需等待更新事件后生效，避免因异步更新导致波形畸变‌。在电机驱动或LED调光等场景中，影子寄存器缓冲机制可防止参数修改时输出瞬时跳变，例如，PWM占空比更新时，新值仅在下一个周期生效，消除毛刺干扰‌。

ARPE=0，规定当ARR值被修改时，同时马上更新影子寄存器的值；
ARPE=1，规定当ARR值被修改时，必须在下一次事件UEV发生后才能更新影子寄存器的值
ARR寄存器工作模式如下：

如下图所示，就是ARPE为1，需要更新事件标志更新后，才更新影子寄存器。

2.时钟源

计数器时钟可由下列时钟源提供：
① 内部时钟 (tim_pclk)
② 外部时钟模式 2 ：外部触发输入 (TIM_ETR)
③ 内部触发输入 (tim_itr[15:0]) ：使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器，如可以配置一个定时器 Timer1 而作为另一个定时器 Timer2 的预分频器。

我们常用内部时钟 (tim_pclk)作为时钟源，从APB时钟分频得到。

3.输入捕获

输入捕获就是通过检测捕获通道上(TI1,TI2,TI3,TI4)的边沿信号。在边沿信号发生跳变（比如上升沿/下降沿）的时候，将当前定时器的值(TIMx_CNT)存放到对应的通道的捕获/比较寄存器(TIMx_CCR)里面，完成一次捕获，可用于测量PWM波形的频率、占空比、脉冲间隔、电平持续时间等参数。

4.输出比较

输出比较可以通过比较CNT（计数器）与CCR（捕获/比较）寄存器值的关系，来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形。

三.通用定时器内部特色

STM32G474RET6的通用定时器（TIM2-TIM5、TIM15-TIM17）具有以下核心特色：

1. ‌高精度与灵活配置‌
   支持16位向上/向下/中央对齐计数模式，预分频器（PSC）可编程，时钟源可选内部或外部‌。
   通过预分频器和自动重载寄存器（ARR）可实现微秒级至毫秒级的定时精度，例如配置170MHz主频时，预分频系数17000可将计数器时钟降至10kHz‌。
2. ‌多功能PWM输出‌
   支持独立通道的PWM生成，占空比通过比较寄存器（CCR）动态调整，适用于电机控制、LED调光等场景‌。
   互补PWM输出需配合高精度定时器（HRTIM），但通用定时器仍可生成单通道PWM‌。
3. ‌输入捕获与编码器接口‌
   可测量外部信号脉宽或频率，通过捕获/比较寄存器记录边沿时间‌。
   支持正交编码器接口，用于电机转速检测‌。
4. ‌同步与级联能力‌
   可通过外部时钟同步（ETR）或内部互联总线与其他定时器同步，实现复杂时序控制‌。
   支持主从模式，从定时器可响应主定时器的触发事件‌。
5. ‌低功耗与中断管理‌
   在低功耗模式下仍可运行，配合DMA减少CPU干预‌。
   提供更新中断、捕获/比较中断等事件，支持实时响应‌。
6. ‌与其他外设协同‌
   可触发ADC/DAC转换，实现定时采样或波形生成‌。
   注：通用定时器功能虽不及高级定时器（如死区控制），但凭借灵活性和低资源占用，仍广泛应用于工业控制、传感器接口等场景‌

四.CubeMX配置一个TIME1定时1ms中断例程

1.硬件准备

STLINK接STM32G474RET6开发板，STLINK接电脑USB口。

2.创建CubeMX工程

如下图所示，打开STM32CubeMX软件，新建工程。

如下图所示，Part Number处输入STM32G474RE，再双击就创建新的工程。

如下图所示，配置下载口引脚，PA13为SWD的SWDIO脚，PA14为SWD的SWCLK脚。

如下图所示，PC8配置成推挽输出，用来驱动LED灯闪烁。

如下图所示，配置定时器溢出中断周期为1ms。

定时器1溢出中断使能。

如下图所示，配置系统主频170Mhz，使用内部16MHZ晶振。

配置工程文件名，保存路径，KEIL5工程输出方式，生成工程。

3.添加代码

用Keil5打开工程，main中添加代码，启动定时器1，并启动中断。

如下图所示，在中断服务程序文件stm32g4xx_it.c中，修改定时器1溢出中断服务程序void TIM1_UP_TIM16_IRQHandler(void)，在定时器1ms中断产生的时候，单片机会自动调用这个函数。我们在里面增加计数到500次，那就是500ms时LED翻转输出，这样LED灯就会闪烁了。

4.主要代码

void TIM1_UP_TIM16_IRQHandler(void)
{/* USER CODE BEGIN TIM1_UP_TIM16_IRQn 0 *//* USER CODE END TIM1_UP_TIM16_IRQn 0 */HAL_TIM_IRQHandler(&htim1);/* USER CODE BEGIN TIM1_UP_TIM16_IRQn 1 */TimeCounter++;//计数加1if(TimeCounter>=500)//到500ms{TimeCounter=0;HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_8);//PC8引脚翻转输出}/* USER CODE END TIM1_UP_TIM16_IRQn 1 */
}int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();//SysTick配置成1ms中断/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();//内部16MHZ晶振，170MHZ系统主频/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();//PC8配置成推挽输出MX_TIM1_Init();//定时器1使能，产生中断时间为1ms/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);//开启定时器1，并使能定时器1的溢出中断,中断产生会调用void TIM1_UP_TIM16_IRQHandler(void)中断服务函数/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */HAL_Delay(100);//等待100ms，这个可以不加}/* USER CODE END 3 */
}

五.小结

学会定时器周期时间的配置，通过定时器周期性地产生中断信号，可以实现系统定时和时间戳等功能。例如，在智能家居系统中，可以使用定时器控制各种设备的开关，在工业控制系统中，定时器可以用于检测传感器数据并执行相应的动作，定时器还可以配合PWM模块实现对电机等设备的精确控制。通过定时器产生固定频率的方波信号，然后使用PWM模块将其转化为可调节占空比的脉冲信号，从而实现对电机速度和输出功率的控制。