单片机C语言定时器详解：10个掌握单片机的时间管理利器的实战案例

# 1. 单片机C语言定时器的基础**

**1.1 定时器的概念和作用**

定时器是一种外围设备，用于产生精确的时间间隔或脉冲。在单片机系统中，定时器广泛应用于时间测量、延时控制、脉宽调制（PWM）和波形发生等场合。

**1.2 定时器的基本结构**

单片机定时器通常由以下几个模块组成：

- 计数器：用于记录时间间隔或脉冲数量。
- 控制寄存器：用于配置定时器的模式、时钟源和中断使能等参数。
- 中断控制器：当计数器达到预设值时，触发中断请求。

# 2. 单片机C语言定时器编程技巧

### 2.1 定时器的配置和初始化

#### 2.1.1 寄存器设置

定时器的配置和初始化是定时器编程的基础。在单片机中，定时器通常通过寄存器进行配置。这些寄存器主要包括：

- **控制寄存器 (TCCR)**：用于设置定时器的模式、时钟源和预分频器。
- **计数器寄存器 (TCNT)**：用于存储定时器的当前计数值。
- **比较匹配寄存器 (OCR)**：用于设置定时器的比较值。

寄存器的具体配置方式因不同的单片机型号而异。一般来说，需要根据以下步骤进行配置：

1. **选择时钟源**：通过TCCR寄存器选择定时器的时钟源，可以是内部时钟、外部时钟或外部触发。
2. **设置预分频器**：通过TCCR寄存器设置定时器的预分频器，可以对时钟源进行分频，从而改变定时器的计数频率。
3. **设置定时器模式**：通过TCCR寄存器设置定时器的模式，可以选择不同的定时器模式，如捕获模式、输出比较模式或PWM模式。

#### 2.1.2 中断配置

定时器中断是定时器编程中常用的功能。当定时器达到预设值时，会产生中断信号，从而触发中断服务函数。中断配置主要包括以下步骤：

1. **使能定时器中断**：通过TCCR寄存器使能定时器中断。
2. **设置中断优先级**：通过中断向量表设置定时器中断的优先级。
3. **编写中断服务函数**：编写中断服务函数，在中断发生时执行相应的操作。

### 2.2 定时器的模式和功能

#### 2.2.1 捕获模式

捕获模式下，定时器可以捕获外部事件的发生时间。当外部事件发生时，定时器会停止计数并记录当前的计数值。捕获模式常用于测量外部事件的周期或脉冲宽度。

#### 2.2.2 输出比较模式

输出比较模式下，定时器可以根据比较匹配寄存器 (OCR) 的值产生一个输出信号。当定时器的计数值与OCR相等时，定时器会输出一个高电平信号。输出比较模式常用于产生方波或PWM波形。

#### 2.2.3 PWM模式

PWM (脉宽调制) 模式是输出比较模式的一种特殊形式。在PWM模式下，定时器会根据OCR的值产生一个周期性变化的输出信号。OCR的值决定了输出信号的占空比。PWM模式常用于控制电机、LED等设备的输出功率。

### 2.3 定时器的中断处理

#### 2.3.1 中断服务函数

中断服务函数是在定时器中断发生时执行的函数。中断服务函数通常需要执行以下操作：

1. **清除中断标志位**：清除定时器中断标志位，以防止中断重复触发。
2. **读取定时器计数值**：读取定时器的当前计数值，并根据计数值执行相应的操作。
3. **执行操作**：根据定时器的模式和功能，执行相应的操作，如更新输出比较值、控制设备输出等。

#### 2.3.2 中断优先级

中断优先级决定了当多个中断同时发生时，哪个中断会被优先处理。中断优先级可以通过中断向量表进行设置。高优先级中断会优先于低优先级中断处理。

# 3. 单片机C语言定时器实践应用

### 3.1 时间测量和控制

#### 3.1.1 延时函数

延时函数是定时器最基本也是最常用的应用之一。通过对定时器进行配置，可以实现精确的延时操作。

void delay_ms(uint32_t ms) {
    TIM_SetCounter(TIMx, 0);  // 清除定时器计数器
    TIM_SetAutoReload(TIMx, ms * SystemCoreClock / 1000);  // 设置自动重装载值
    TIM_Cmd(TIMx, ENABLE);  // 使能定时器
    while (!TIM_GetFlagStatus(TIMx, TIM_FLAG_Update));  // 等待更新标志位置位
    TIM_Cmd(TIMx, DISABLE);  // 禁用定时器
}

**代码逻辑分析：**

* 清除定时器计数器，确保从0开始计数。
* 设置自动重装载值，决定延时时间。
* 使能定时器，开始计数。
* 循环等待更新标志位置位，表示计数已完成。
* 禁用定时器，停止计数。

**参数说明：**

* `ms`: 延时时间，单位为毫秒。

#### 3.1.2 定时器计数

定时器还可以用于计数外部事件，例如脉冲数或转速。

uint32_t count_pulses(void) {
    TIM_SetCounter(TIMx, 0);  // 清除定时器计数器
    TIM_Cmd(TIMx, ENABLE);  // 使能定时器
    while (!TIM_GetFlagStatus(TIMx, TIM_FLAG_Update));  // 等待更新标志位置位
    uint32_t count = TIM_GetCounter(TIMx);  // 获取计数器值
    TIM_Cmd(TIMx, DISABLE);  // 禁用定时器
    return count;
}

**代码逻辑分析：**

* 清除定时器计数器，确保从0开始计数。
* 使能定时器，开始计数。
* 循环等待更新标志位置位，表示计数已完成。
* 获取计数器值，即脉冲数。
* 禁用定时器，停止计数。

### 3.2 脉宽调制（PWM）

#### 3.2.1 PWM波形的生成

PWM（脉宽调制）是一种通过改变脉冲宽度来控制输出电压或电流的技术。

void pwm_init(uint32_t frequency, uint8_t duty_cycle) {
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = SystemCoreClock / frequency;  // 设置周期
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;  // 不使用分频
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;  // 不使用时钟分频
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // 向上计数模式
    TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);  // 初始化定时器

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;  // PWM模式1
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  // 使能输出
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = duty_cycle * TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period / 100;  // 设置占空比
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  // 输出极性为高
    TIM_OC1Init(TIMx, &TIM_OCInitStructure);  // 初