52Hz——STM32单片机学习记录——定时器
1. 系统定时器
定位与作用
属于ARM Cortex-M内核标准组件，而非STM32外设。
核心功能是提供精确的时间基准，常用于：
操作系统（如FreeRTOS）的心跳时钟（Tick），用于任务调度。
精确延时（
HAL_Delay()底层依赖它）。测量代码执行时间。
优先级高（可设置），中断响应快。
工作方式与过程
核心单元： 一个简单的24位递减计数器。
时钟源： 通常选择内核时钟（HCLK） 或 HCLK/8（通过SysTick控制与状态寄存器
SYST_CSR的CLKSOURCE位选择）。工作流程：
初始化： 程序设置重装载值寄存器
SYST_RVR(确定计数周期) 和控制与状态寄存器SYST_CSR(使能计数器、中断、选择时钟源)。计数： 计数器
SYST_CVR从重装载值LOAD开始，每个时钟周期减1。计数到0：
计数器自动重载
LOAD值。状态寄存器
SYST_CSR的COUNTFLAG位置1。如果使能了中断 (
SYST_CSR的TICKINT位为1)，则触发 SysTick 中断。中断服务程序 (ISR)： 在中断服务程序中，软件可以执行需要的操作（如操作系统调度、更新延时计数等），并读取或清除
COUNTFLAG（读取SYST_CSR会自动清除该标志）。特点： 结构简单、精度高（依赖于内核时钟）、用途特定（核心系统时间基准）。
相关寄存器
有4个寄存器与SysTick有关。在core_cm3.h中可以看到有个类型定义的就是SysTick。
typedef struct
{
__IO uint32_t CTRL; /*!< Offset: 0x00 SysTick Control and Status Register */
__IO uint32_t LOAD; /*!< Offset: 0x04 SysTick Reload Value Register */
__IO uint32_t VAL; /*!< Offset: 0x08 SysTick Current Value Register */
__I uint32_t CALIB; /*!< Offset: 0x0C SysTick Calibration Register */
} SysTick_Type;
CTRL（SysTick控制和状态寄存器）
说明：关于CLKSOURCE位，当0时，时钟频率是AHB/8；当1时，时钟频率是AHB。
LOAD（SysTick重装载寄存器）
VAL（SysTick当前数值寄存器）
案例（每一毫秒触发一次中断）
uint16_t counter = 0;void SysTick_Init(void)
{//滴答定时器为内核功能，所以无需开启时钟SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_CLKSOURCE;SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_TICKINT; SysTick->LOAD = 72 * 1000 - 1;SysTick->VAL = 0;//配置中断NVIC_SetPriorityGrouping(3);NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn,3);SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE;
}void SysTick_Handler(){counter++;if(counter == 500){LED_Toggle(LED_1);counter=0;}
}
2. 基本定时器 (TIM6, TIM7)
定位与作用
STM32中最简单的定时器外设。
核心功能是提供基础的时基（Time Base） 和 DAC触发信号。
主要用于：
产生精确的定时中断。
为内置的数字模拟转换器（DAC） 提供触发信号，实现定时DAC输出更新。
驱动其他需要基础时钟的模块。
工作方式与过程
核心单元： 16位递增计数器、16位预分频器（PSC）、16位自动重装载寄存器（ARR）。
时钟源： 通常来自内部时钟（CK_INT），即APB1总线时钟（经过可能的倍频）。
工作流程：
初始化： 配置预分频器
TIMx_PSC（决定计数时钟频率 fCK_CNT=fCK_PSC/(PSC+1)和自动重装载寄存器TIMx_ARR（确定计数上限）。计数： 计数器
TIMx_CNT从0开始，每个计数时钟周期（fCK_CNTfCK_CNT）加1。计数到ARR：
计数器自动归零（复位）。
状态寄存器
TIMx_SR的更新中断标志位（UIF）置1。如果使能了更新中断 (
TIMx_DIER的UIE位为1)，则触发更新中断。如果使能了DMA请求 (
TIMx_DIER的UDE位为1)，则产生更新事件（UEV），可用于触发DMA传输（例如给DAC送数据）。如果配置为DAC触发源，此时会产生一个触发输出（TRGO） 信号给DAC。
中断服务程序 (ISR)： 在更新中断服务程序中，软件执行需要的操作（如更新变量、翻转LED等），并手动清除UIF标志。
特点： 结构简单，只有时基功能，没有输入捕获/输出比较/PWM等高级功能，计数器只能递增。通常与DAC配合使用。
相关寄存器
案例
/*** 基本定时器：初始化 */
void TIM6_Init(void) {// 1. 开启时钟RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM6EN;// 2. 配置定时器// 时基单位配置// !计算公式： (输入时钟频率：72000000 Hz) -> 定时器(36000000) -> (输出时钟频率 2Hz)// 预分频 : 16 ( 65535 )// !PSC寄存器的默认值为0，但是计算时不能为0，所以计算时会加一使用TIM6->PSC = 7200-1; // 7199// !自动重装载// 如果定时器只是单一执行，那么自动重装载可以直接使用的，但是如果是周期性循环执行，那么应该减去1使用TIM6->ARR = 5000-1; // 4999 // 0// 10 / ms// !产生更新事件，直接让影子寄存器起作用// !不能执行更新中断TIM6->CR1 |= TIM_CR1_URS;TIM6->EGR |= TIM_EGR_UG;// 3. 配置中断TIM6->DIER |= TIM_DIER_UIE;NVIC_SetPriorityGrouping(3);NVIC_SetPriority(TIM6_IRQn, 3);NVIC_EnableIRQ(TIM6_IRQn);// 4. 启动定时器TIM6->CR1 |= TIM_CR1_CEN;//LED_Toggle(LED_BLUE);
}
void TIM6_IRQHandler(void) {// 状态复位TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;// if ( first_flg == 0 ) {// first_flg = 1;// } else {// LED_Toggle(LED_BLUE);// }LED_Toggle(LED_BLUE);
}3.通用定时器 (TIM2, TIM3, TIM4, TIM5等)
定位与作用
STM32中数量最多、功能最丰富、应用最广泛的定时器。
在基本定时器时基功能的基础上，增加了输入捕获、输出比较、PWM生成、单脉冲输出、编码器接口等强大功能。
广泛应用于：
测量脉冲宽度、频率、占空比（输入捕获）。
产生精确的PWM波形控制电机、LED亮度等（输出比较/PWM）。
测量旋转编码器信号（编码器接口模式）。
产生单脉冲。
作为从模式定时器与其他定时器联动。
工作方式与过程（核心时基 + 扩展功能）
核心单元（时基部分）： 与基本定时器类似（16位PSC、16位CNT、16位ARR），但功能更强：
计数方向： 可配置为递增、递减或中心对齐（先递增后递减/先递减后递增）（通过
TIMx_CR1的DIR和CMS位控制）。影子寄存器： ARR、PSC等寄存器通常有影子寄存器（缓冲）。更新事件发生时，预装载值才从预装载寄存器（如
TIMx_ARR）拷贝到影子寄存器（真正起作用的寄存器）。这保证了波形/定时的连续性，避免中间值更新导致波形畸变。扩展功能单元：
捕获/比较通道（通常4个，TIMx_CH1~CH4）： 每个通道可独立配置为输入捕获或输出比较模式。
输入捕获：
过程： 当配置为输入捕获的通道引脚上检测到指定边沿（上升沿、下降沿或双边沿）时：
当前计数器值
TIMx_CNT被锁存到对应的捕获/比较寄存器TIMx_CCRy中。状态寄存器
TIMx_SR的捕获/比较中断标志位（CCyIF）置1。如果使能了捕获中断 (
TIMx_DIER的CCyIE位为1)，则触发捕获中断。如果使能了DMA请求 (
TIMx_DIER的CCyDE位为1)，则产生捕获事件，触发DMA读取捕获值。用途： 通过测量连续两次捕获的
CCRy值差，可计算脉冲宽度或周期。输出比较：
过程： 计数器
TIMx_CNT不断与配置为输出比较模式的通道的捕获/比较寄存器TIMx_CCRy中的值进行比较。
当两者匹配时：
根据配置的输出模式 (
TIMx_CCMRy的OCyM位)，控制对应的输出引脚TIMx_CHy的电平翻转、置高、置低或保持不变。状态寄存器
TIMx_SR的捕获/比较中断标志位（CCyIF）置1。如果使能了比较中断 (
TIMx_DIER的CCyIE位为1)，则触发比较中断。用途： 产生单脉冲、强制输出电平、生成基本PWM（需结合ARR，通过改变
CCRy值改变占空比）。PWM生成（模式1/模式2）： 输出比较的特殊应用。
过程（以PWM模式1递增计数为例）：
计数器
TIMx_CNT从0开始递增。当
CNT < CCRy时，通道CHy输出有效电平（高或低，由TIMx_CCER的CCyP和CCyNP定义）。当
CNT >= CCRy且CNT < ARR时，通道CHy输出无效电平。当
CNT达到ARR时：
计数器复位回0。
产生更新事件。
通道
CHy恢复输出有效电平，开始下一个周期。
占空比 = CCRy / ARR
用途： 控制电机速度、LED亮度、舵机角度等。
编码器接口模式：
过程： 将两个通道（通常是CH1和CH2）配置为编码器输入模式 (
TIMx_SMCR的SMS=3)。硬件自动根据两个输入信号（A相和B相）的相位差，判断旋转方向，并自动控制计数器
TIMx_CNT递增或递减计数。每次信号边沿（可配置）都会触发计数。
用途： 直接读取计数器值即可获得位置和方向信息，用于读取旋转编码器。
触发输入/输出 (TRGI/TRGO)： 允许定时器之间同步或级联（主/从模式），或由外部信号触发定时器启动/停止/复位等。
输出比较
#include "TIME5.h"void Driver_TIM5_Init(void){//开启定时器5的时钟RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM5EN;//GPIOA PARCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;//配置引脚模式 PA2 复用推挽输出GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE1_1;GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE1_0;GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_CNF1_1;GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF1_0;GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE0_1;GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE0_0;GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_CNF0_1;GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF0_0;//配置定时器寄存器//预分频配置TIM5->PSC = 7200 - 1; // 72M => 1M = 1 / us//自动重装载TIM5->ARR = 99;// (16Hz ~ 1M Hz)//计数方式TIM5->CR1 &= ~TIM_CR1_DIR;//配置通道二的捕获比较寄存器TIM5->CCR2 = 50;//配置通道模式TIM5->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_CC2S;TIM5->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_CC1S;//配置通道的输出比较模式TIM5->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC2M_2;TIM5->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC2M_1;TIM5->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_OC2M_0;TIM5->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1M_2;TIM5->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1M_1;TIM5->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_OC1M_0;//使能通道TIM5->CCER |= TIM_CCER_CC2E;TIM5->CCER |= TIM_CCER_CC1E;//设置通道极性TIM5->CCER &= ~TIM_CCER_CC2P;TIM5->CCER &= ~TIM_CCER_CC1P;}void Driver_TIM5_Start(void){TIM5->CR1 |= TIM_CR1_CEN;
}void Driver_TIM5_Stop(void){TIM5->CR1 &= ~TIM_CR1_CEN;
}void Driver_TIM5_SetDutyCycle(uint8_t duty){TIM5->CCR2 = duty;TIM5->CCR1 = 100 - duty;
}
输入捕获
#include "TIME4.h"void Driver_TIM4_Init(void){//开启时钟RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM4EN;RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN;//配置引脚工作模式 PB6 :输入浮空 MODE : 00 CNF: 01GPIOB->CRL &= ~GPIO_CRL_MODE6;GPIOB->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF6_1;GPIOB->CRL |= GPIO_CRL_CNF6_0;//配置定时器//配置时基// 预分频TIM4->PSC = 71;//自动重装载TIM4->ARR = 65535;//配置通道TIM4->CR2 &= ~TIM_CR2_TI1S;//工作模式TIM4->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_CC1S_1;TIM4->CCMR1 |= TIM_CCMR1_CC1S_0;TIM4->CCMR1 |= TIM_CCMR1_CC2S_1;TIM4->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_CC2S_0;//电路流转 滤波 预分频TIM4->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_IC1F;TIM4->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_IC1PSC;TIM4->CCMR1 &=~TIM_CCMR1_IC2F;TIM4->CCMR1 &=~TIM_CCMR1_IC2PSC;//中断TIM4->DIER |= TIM_DIER_CC1IE;NVIC_SetPriorityGrouping(3);NVIC_SetPriority(TIM4_IRQn, 3);NVIC_EnableIRQ(TIM4_IRQn);//开启通道TIM4->CCER &= ~TIM_CCER_CC1P;TIM4->CCER |= TIM_CCER_CC1E;TIM4->CCER |= TIM_CCER_CC2P;TIM4->CCER |= TIM_CCER_CC2E;}void TIM4_IRQHandler(void) {if ( TIM4->SR & TIM_SR_CC1IF ) {TIM4->SR &= ~TIM_SR_CC1IF;// !实现测量的逻辑// if ( TIM4->CCR1 > last_ccr_value ) {// pwm_freq_value = 1000000.0 / (TIM4->CCR1 - last_ccr_value);// pwm_cycle_value = ( TIM4->CCR1 - last_ccr_value ) / 1000.0;// } else {// pwm_freq_value = 1000000.0 / (65535 + TIM4->CCR1 - last_ccr_value);// pwm_cycle_value = ( 65535 + TIM4->CCR1 - last_ccr_value ) / 1000.0;// }// // 保存上一次的CCR的值// last_ccr_value = TIM4->CCR1;TIM4->CNT = 0;}
}void Driver_TIM4_Start(void){TIM4->CR1 |= TIM_CR1_CEN;}void Driver_TIM4_Stop(void){TIM4->CR1 &=~TIM_CR1_CEN;}/*** 获取定时器信号的频率（Hz） */
double TIM4_GetPWMFreq(void){return 1000000.0 / TIM4->CCR1;
}
/*** 获取定时器信号的周期 （ms）*/
double TIM4_GetPWMCycle(void){return TIM4->CCR1 / 1000.0;
}/*** 获取定时器信号的占空比 （%）*/
double TIM4_GetPWMDutyCycle(void) {return 100.0 * TIM4->CCR2 / TIM4->CCR1;
}
4. 高级定时器（TIM1， TIM8）
定位与作用
STM32中功能最强大的定时器，具备通用定时器的全部功能，并增加了面向电机控制、数字电源转换（如PFC、逆变器）、照明（PWM驱动LED）等高级应用的三相PWM生成、互补输出和紧急保护（刹车）功能。
广泛应用于：
驱动三相无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM），通过生成6步或矢量控制（FOC）所需的互补PWM信号。
开关电源（SMPS）和逆变器的控制。
生成高精度、带死区互补的PWM信号，驱动半桥或全桥电路。
需要紧急故障保护机制的复杂控制系统。
工作方式与过程（核心时基 + 扩展功能增强）
核心单元（时基部分）增强：
重复计数器 (RCR)： 这是高级定时器独有的16位寄存器 (TIMx_RCR)。
过程： 普通的更新事件（UEV）在计数器
CNT溢出到ARR时发生。而高级定时器中，CNT溢出一次只会使重复计数器减1。只有当重复计数器递减到0时，才会产生真正的更新事件 (UEV) 并重新从预装载值加载RCR,ARR,PSC等寄存器。作用： 可以方便地降低更新事件和PWM周期的频率，而无需修改
PSC和ARR的值。例如，设置RCR = N-1，则PWM的实际周期将是(ARR+1) * (PSC+1) * N个时钟周期。这对于生成频率低但分辨率依然很高的PWM非常有用，或者用于指定特定数量的PWM脉冲。扩展功能单元增强：
捕获/比较通道（通常4个，TIMx_CH1~CH4）功能增强：
互补输出通道 (TIMx_CHyN)： 每个标准输出通道（CHy）都对应一个互补输出通道（CHyN）。例如，TIM1_CH1对应TIM1_CH1N。
作用： 用于驱动桥式电路的上下两个开关管（如MOSFET/IGBT）。标准通道（CHy）和互补通道（CHyN）的输出通常是反相的，但中间插入死区时间以防止上下管直通短路。
刹车输入 (BKIN)：
过程： 当外部刹车引脚（BKIN）出现指定电平（通常高电平），或内部时钟失效时，硬件会自动触发刹车事件。
作用： 发生刹车事件时，定时器会立即根据配置（TIMx_BDTR 的 MOE, OSSI, OSSR 位）将所有的输出通道（CHy和CHyN）强制到一个预设的安全状态（通常为无效电平或高阻态）。这是一种最高优先级的硬件保护机制，用于在系统故障（如过流、过压）时立即关闭功率输出，保护电路和设备，响应速度极快，无需CPU干预。
PWM生成增强（带死区时间的互补PWM）：
过程（以生成带死区的互补PWM为例）：
配置主通道（CHy）为PWM模式1或2。
使能互补通道（CHyN）的输出（TIMx_CCER 的 CCyNE 位）。
配置死区时间寄存器 (TIMx_BDTR 的 DTG[7:0]) 来设置死区时长。硬件会根据设定的死区时间，自动在标准通道（CHy）和互补通道（CHyN）的信号跳变沿之间插入一段延迟（Dead Time）。
例如，当CHy输出关闭（从有效变为无效）时，会延迟一段时间后，才允许CHyN输出开启（从无效变为有效），反之亦然。
用途： 这是驱动半桥/全桥电路的核心功能，彻底防止上下两个开关管同时导通（直通）造成的短路灾难。
触发输入/输出 (TRGI/TRGO) 增强：
高级定时器可以作为其他定时器的主定时器，输出多种类型的触发信号（TRGO），如更新事件、捕获比较事件等，以实现复杂的定时器同步链。
它也可以被其他定时器或外部信号从模式触发，如复位、门控、触发等模式。
关键控制寄存器：
刹车和死区寄存器 (TIMx_BDTR)： 这是高级定时器最具特色的寄存器，需要同时写入 MOE (主输出使能) 位为1，所有输出（标准通道和互补通道）才能正常生效。该寄存器集成了死区时间配置、刹车功能配置、互补输出空闲状态配置和主输出使能控制。
#include "Timer1.h"void Int_Timer1_Init(void){RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_TIM1EN;RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;//pa8GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE8;GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_CNF8_1;GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF8_0;TIM1->PSC = 7199;//0.5sTIM1->ARR = 4999;TIM1->CR1 &= ~TIM_CR1_DIR;//重复计数TIM1->RCR = 4;TIM1->CR1 |= TIM_CR1_URS;TIM1->EGR |= TIM_EGR_UG;//通道//输出模式TIM1->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_CC1S; TIM1->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1M_2;TIM1->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1M_1;TIM1->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_OC1M_0;TIM1->CCR1 = 2500;TIM1->CCER &= ~TIM_CCER_CC1P;//使能TIM1->CCER |= TIM_CCER_CC1E;TIM1->BDTR |= TIM_BDTR_MOE;TIM1->DIER |= TIM_DIER_UIE;NVIC_SetPriorityGrouping(3);NVIC_SetPriority(TIM1_UP_IRQn, 3);NVIC_EnableIRQ(TIM1_UP_IRQn);}void Int_Timer1_Start(void){TIM1->CR1 |= TIM_CR1_CEN;}void Int_Timer1_Stop(void){TIM1->CR1 &= ~TIM_CR1_CEN;}void TIM1_UP_IRQHandler(void){TIM1->SR &= ~TIM_SR_UIF;Int_Timer1_Stop();}