深入理解STM32单片机定时器功能：实现精确时间控制，提升系统效率

# 1. STM32单片机定时器概述**

STM32单片机定时器是一种用于生成定时脉冲和控制事件的硬件外设。它具有多种模式和功能，可以实现各种定时和控制任务。

定时器主要由以下部分组成：

* **控制寄存器：**用于配置定时器模式、时钟源、预分频器和重装载值。
* **计数寄存器：**用于存储当前的定时器值，并根据时钟源递增或递减。
* **中断寄存器：**用于配置中断源和中断服务函数。

# 2. STM32定时器编程基础**

**2.1 定时器寄存器结构**

STM32定时器具有丰富的寄存器结构，主要包括定时器控制寄存器（TIMx_CRx）和定时器计数寄存器（TIMx_CNT）。

**2.1.1 定时器控制寄存器**

定时器控制寄存器（TIMx_CRx）用于配置定时器的基本功能，主要包括：

- **TIMx_CR1：**定时器控制寄存器1，用于配置定时器模式、时钟源、预分频器等。
- **TIMx_CR2：**定时器控制寄存器2，用于配置触发模式、输出比较模式、更新事件等。
- **TIMx_SMCR：**定时器状态机寄存器，用于配置定时器状态机模式、触发输入源等。

**2.1.2 定时器计数寄存器**

定时器计数寄存器（TIMx_CNT）用于存储定时器的当前计数值，主要包括：

- **TIMx_CNT：**定时器计数寄存器，用于存储定时器的当前计数值。
- **TIMx_ARR：**自动重载寄存器，用于设置定时器的重载值，当计数器达到重载值时，计数器将自动重载。
- **TIMx_PSC：**预分频器寄存器，用于对时钟源进行预分频，降低定时器的计数频率。

**2.2 定时器中断机制**

STM32定时器支持丰富的中断机制，主要包括：

**2.2.1 中断源配置**

定时器中断源主要包括：

- **更新中断：**当计数器达到重载值时触发。
- **比较中断：**当计数器达到比较值时触发。
- **触发中断：**当外部触发信号到达时触发。

中断源配置通过TIMx_DIER寄存器进行，具体如下：

// 开启定时器更新中断
TIMx->DIER |= TIM_DIER_UIE;

// 开启定时器比较中断
TIMx->DIER |= TIM_DIER_CC1IE;

// 开启定时器触发中断
TIMx->DIER |= TIM_DIER_TIE;

**2.2.2 中断服务函数编写**

定时器中断服务函数需要在中断向量表中注册，中断服务函数的编写需要遵循以下步骤：

1. **定义中断服务函数：**

void TIMx_IRQHandler(void)
{
    // 中断处理代码
}

2. **在中断向量表中注册中断服务函数：**

void NVIC_Configuration(void)
{
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 配置定时器中断优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIMx_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

# 3. STM32定时器应用实践

### 3.1 定时器实现精确延时

#### 3.1.1 延时原理

STM32定时器可以通过配置其时基时钟和计数周期来实现精确延时。时基时钟决定了定时器计数的频率，而计数周期决定了定时器计数到最大值后溢出的时间。通过计算时基时钟和计数周期，可以得到所需的延时时间。

#### 3.1.2 延时函数实现

void delay_ms(uint32_t ms) {
  // 计算时基时钟
  uint32_t clk = SystemCoreClock / 1000000;

  // 计算计数周期
  uint32_t period = clk * ms;

  // 配置定时器
  TIM_SetCounter(TIMx, 0);
  TIM_SetAutoreload(TIMx, period);
  TIM_Cmd(TIMx, ENABLE);

  // 等待定时器溢出
  while (TIM_GetCounter(TIMx) < period);

  // 关闭定时器
  TIM_Cmd(TIMx, DISABLE);
}

**参数说明：**

* `ms`: 延时时间，单位为毫秒

**代码逻辑分析：**

1. 计算时基时钟，即系统时钟除以 1000000，得到每秒的时钟周期数。
2. 计算计数周期，即时基时钟乘以延时时间，得到定时器计数到最大值后溢出的时间。
3. 配置定时器，包括设置计数器为 0、设置自动重载值为计数周期、使能定时器。
4. 等待定时器溢出，即等待定时器计数器达到计数周期。
5. 关闭定时器。

### 3.2 定时器实现脉宽调制（PWM）

#### 3.2.1 PWM原理

脉宽调制（PWM）是一种通过改变脉冲宽度来控制输出功率或频率的技术。STM32定时器可以通过配置其比较寄存器来实现 PWM。比较寄存器与定时器计数器进行比较，当计数器值大于比较寄存器值时，输出引脚为高电平，否则为低电平。通过改变比较寄存器值，可以改变脉冲宽度。

#### 3.2.2 PWM函数实现

void pwm_init(uint32_t period, uint32_t duty) {
  // 配置定时器
  TIM_SetCounter(TIMx, 0);
  TIM_SetAutoreload(TIMx, period);
  TIM_SetCompare(TIMx, 1, duty);
  TIM_Cmd(TIMx, ENABLE);
}

**参数说明：**

* `period`: PWM周期，单位为微秒
* `duty`: PWM占空比，单位为百分比

**代码逻辑分析：**

1. 配置定时器，包括设置计数器为 0、设置自动重载值为周期、设置比较寄存器 1 为占空比、使能定时器。
2. 这样，定时器就会输出一个周期为 `period`、占空比为 `duty` 的 PWM 波形。

# 4. STM32定时器进阶应用

### 4.1 定时器实现定时器捕获

#### 4.1.1 捕获原理

定时器捕获功能允许STM32单片机捕获外部事件的发生时间。当外部事件发生时，定时器会将当前计数器值存储到指定的捕获寄存器中。通过读取捕获寄存器，可以获取外部事件发生的时间戳。

#### 4.1.2 捕获函数实现

以下代码展示了如何使用定时器捕获功能实现捕获外部事