STM32定时器
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ARM内核单片机学习

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8 分钟

STM32 的定时器（Timer）是 MCU 内部的一个重要外设，广泛用于精确计时、事件计数、PWM 生成、输入捕获等功能。我们可以把定时器比喻成一个精确的电子时钟，它可以计时、闹钟、秒表、定时提醒，甚至可以控制电灯亮灭、马达转速等外部设备。

1. STM32 定时器的分类

STM32 的定时器主要分为以下几类，它们在功能和用途上有所不同：

定时器类型典型型号主要功能
高级定时器TIM1、TIM8具有高级 PWM、死区控制，适合电机控制
通用定时器TIM2、TIM3、TIM4、TIM5、TIM9、TIM10、TIM11、TIM12、TIM13、TIM14常规计时、PWM 输出、输入捕获、事件计数
基本定时器TIM6、TIM7仅用于定时，不支持输入捕获/PWM，多用于DAC 触发
低功耗定时器LPTIM1、LPTIM2低功耗应用（如休眠唤醒、RTC 相关）
独立看门狗（IWDG）IWDG防止程序卡死，自动复位 MCU
窗口看门狗（WWDG）WWDG检测代码异常、周期性喂狗，超时复位

其中，高级定时器（如 TIM1、TIM8）通常用于复杂的 PWM 控制，比如电机驱动，而通用定时器（如 TIM2-TIM5）则更常用于常规的 PWM、输入捕获、定时中断等功能。

2. 定时器的基本工作原理

2.1 定时器的核心组成

可以将 STM32 的定时器想象成一个电子秒表，它主要包含以下几个核心部件：

  • 时钟源（Clock Source）：提供定时器计数的时钟，通常是 APB1 或 APB2 时钟（经过分频）。
  • 预分频器（Prescaler, PSC）：用来调整计数的速度（相当于秒表的快慢调节）。
  • 计数器（Counter, CNT）：核心组件，记录时间的流逝（类似秒表的读数）。
  • 自动重装载值（ARR，Auto Reload Register）：设置定时器的最大计数值，计数到该值后可以自动清零并触发中断。
  • 比较寄存器（CCR，Capture/Compare Register）：用于 PWM 和输入捕获。

官方手册中的通用定时器结构图如下：

高级定时器的结构图如下：

基本定时器的结构如下：

2.2 计数模式

STM32 定时器有 3 种常见的计数模式：

  1. 向上计数模式（Up Mode）：从 0 计数到 ARR，然后清零重新计数。
  2. 向下计数模式（Down Mode）：从 ARR 计数到 0，然后重新计数。
  3. 中心对齐模式（Center-aligned Mode）：先向上计数到 ARR，然后反向计数到 0（适用于 PWM）。

计数模式示意图：

Up Mode:    0 → 1 → 2 → … → ARR → 0 → 1 → ...
Down Mode:  ARR → … → 2 → 1 → 0 → ARR → ...
Center Mode: 0 → 1 → … → ARR → … → 1 → 0 → ...

3. STM32 定时器的主要功能

3.1. 定时中断

定时器最常见的功能是定时触发中断。比如，我们可以让 STM32 每隔 1 秒 触发一次中断，在中断里执行一些任务（比如控制 LED 闪烁）。

示例：配置 TIM2 每秒触发一次中断

void Timer2_Init(void) {
    __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE(); // 使能 TIM2 时钟
    TIM_HandleTypeDef htim2;
    
    htim2.Instance = TIM2;
    htim2.Init.Prescaler = 7200 - 1;  // 预分频 7200（假设 APB1 时钟 72MHz）
    htim2.Init.Period = 10000 - 1;    // 计数 10000 次（总共 1 秒）
    htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    
    HAL_TIM_Base_Init(&htim2);
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); // 启用中断模式
}

3.2. PWM 输出

定时器可以用来生成 PWM（脉冲宽度调制）信号，常用于控制舵机、电机，或者调节 LED 亮度。

示例：TIM2 生成 50Hz PWM 信号

void PWM_Init(void) {
    TIM_HandleTypeDef htim2;
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
    
    htim2.Instance = TIM2;
    htim2.Init.Prescaler = 720-1;   // 预分频 720
    htim2.Init.Period = 2000-1;     // PWM 频率 50Hz（=72MHz / 720 / 2000）
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim2);
    
    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 150; // 设定 PWM 占空比（可调）
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
    
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
}

3.3. 输入捕获

输入捕获（Input Capture）用于测量外部信号的频率或脉宽，比如超声波测距、红外遥控解码等。

📌 示例：使用 TIM1 捕获外部信号

void Input_Capture_Init(void) {
    TIM_HandleTypeDef htim1;
    TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC;
    
    htim1.Instance = TIM1;
    htim1.Init.Prescaler = 72-1;   // 预分频 72（假设 72MHz 时钟）
    htim1.Init.Period = 0xFFFF;    // 16-bit 计数
    HAL_TIM_IC_Init(&htim1);
    
    sConfigIC.ICPolarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
    sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
    sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim1, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1);
    
    HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
}

3.4. 事件计数

定时器还能用来计数外部信号的脉冲，适用于 计步器、编码器 等应用。

4. 总结

STM32 定时器就像一个可编程的电子计时器，可以用来：

✅ 定时触发事件（定时中断）
✅ 产生 PWM 信号（控制 LED、舵机、电机）
✅ 测量脉冲信号（输入捕获，用于超声波测距等）
✅ 计数外部事件（编码器、电机测速）

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