单片机程序设计定时器应用宝典：精准控制时间与事件，让你的程序更准确

# 1. 单片机定时器概述

单片机定时器是一种外设，用于生成精确的时间间隔和事件。它由一个计数器和一个控制寄存器组成，可以配置为产生各种定时和中断功能。定时器在单片机系统中扮演着至关重要的角色，可用于实现延时、脉宽调制、波形产生、通信和测量等功能。

# 2. 单片机定时器编程技巧

### 2.1 定时器寄存器和控制位

#### 2.1.1 定时器计数器寄存器

定时器计数器寄存器用于存储定时器的当前计数值。其大小和位数取决于具体的单片机型号和定时器类型。常见的有 8 位、16 位和 32 位计数器。

**代码块：**

// 16 位定时器计数器寄存器
volatile uint16_t TIM1_CNT;

**逻辑分析：**

`TIM1_CNT` 是 16 位定时器 1 的计数器寄存器，用于存储当前计数值。

#### 2.1.2 定时器控制寄存器

定时器控制寄存器用于配置定时器的各种参数，包括定时器模式、时钟源、预分频器和中断使能等。

**代码块：**

// 16 位定时器控制寄存器
volatile uint16_t TIM1_CR1;

**逻辑分析：**

`TIM1_CR1` 是 16 位定时器 1 的控制寄存器。其位域定义如下：

| 位域 | 名称 | 描述 |
|---|---|---|
| 0 | CEN | 定时器使能位 |
| 1 | UDIS | 更新禁用位 |
| 2-3 | DIR | 计数方向 |
| 4 | CMS | 计数模式选择 |
| 5 | ARPE | 自动重载预装载使能位 |

### 2.2 定时器中断处理

#### 2.2.1 定时器中断源

定时器中断源是指触发定时器中断的事件。常见的定时器中断源有：

- **溢出中断：**当定时器计数器达到最大值时触发。
- **捕获中断：**当定时器捕获输入信号的边沿时触发。
- **比较中断：**当定时器计数器与比较寄存器相等时触发。

#### 2.2.2 定时器中断服务程序

定时器中断服务程序是当定时器中断发生时执行的代码段。其主要作用是处理中断事件并执行相应的操作。

**代码块：**

void TIM1_IRQHandler(void)
{
    // 清除中断标志位
    TIM1->SR &= ~TIM_SR_UIF;

    // 执行中断处理操作
    ...
}

**逻辑分析：**

`TIM1_IRQHandler` 是定时器 1 的中断服务程序。当定时器 1 发生溢出中断时，该函数会被调用。在该函数中，首先需要清除中断标志位，然后执行相应的中断处理操作。

### 2.3 定时器应用案例

#### 2.3.1 延时函数实现

定时器可以用来实现延时函数，通过设置定时器的计数周期和中断频率，可以实现精确的延时。

**代码块：**

void delay_ms(uint32_t ms)
{
    // 计算定时器计数周期
    uint32_t period = SystemCoreClock / 1000 * ms;

    // 配置定时器
    ...

    // 启动定时器
    ...

    // 等待中断标志位置位
    while (!(TIM1->SR & TIM_SR_UIF))
        ;

    // 清除中断标志位
    TIM1->SR &= ~TIM_SR_UIF;
}

**逻辑分析：**

该函数通过计算定时器的计数周期和中断频率，来实现精确的延时。首先计算出定时器的计数周期，然后配置定时器并启动定时器。接着，等待中断标志位置位，表示延时时间已到。最后，清除中断标志位。

#### 2.3.2 脉宽调制输出

定时器可以用来产生脉宽调制 (PWM) 输出，通过控制定时器计数器的值和中断频率，可以实现不同占空比的 PWM 波形。

**代码块：**

void pwm_output(uint32_t duty_cycle)
{
    // 计算定时器计数周期
    uint32_t period = SystemCoreClock / PWM_FREQUENCY;

    // 计算占空比计数
    uint32_t duty_count = period * duty_cycle / 100;

    // 配置定时器
    ...

    // 启动定时器
    ...

    // 设置比较值
    TIM1->CCR1 = duty_count;
}

**逻辑分析：**

该函数通过计算定时器的计数周期和占空比计数，来产生 PWM 输出。首先计算出定时器的计数周期，然后配置定时器并启动定时器。接着，设置比较值，该值决定了 PWM 波形的占空比。

# 3. 单片机定时器实践应用

### 3.1 定时器在测量时间中的应用

#### 3.1.1 测量脉冲宽度

**应用场景：**测量传感器输出的脉冲宽度，判断传感器状态或测量信号周期。

**实现步骤：**

1. 配置定时器为捕获模式，设置定时器计数器为0。
2. 当捕获到脉冲上升沿时，记录当前定时器计数器值。
3. 当捕获到脉冲下降沿时，再次记录当前定时器计数器值。
4. 脉冲宽度