STM32单片机定时器应用：从基础到高级，全面掌握

# 1. STM32定时器概述**

STM32单片机内置了多个定时器，它们是功能强大的外设，可用于生成精确的时间间隔、PWM输出、输入捕获和输出比较。本章将介绍STM32定时器的基本概念，包括其工作原理、寄存器结构和可用的不同模式。

# 2. 定时器基本配置与使用**

**2.1 定时器的工作原理**

STM32单片机的定时器是一个外设，用于产生精确的时间间隔或脉冲。它由一个计数器和一个控制寄存器组成。计数器递增计数，直到达到预定的值，然后触发一个中断。控制寄存器用于配置定时器的模式、时钟源和中断。

**2.2 定时器寄存器介绍**

STM32定时器有几个重要的寄存器：

- **CNT：**计数器寄存器，存储当前计数。
- **ARR：**自动重装载寄存器，用于设置计数器达到时重新加载的值。
- **PSC：**预分频器寄存器，用于分频时钟源。
- **CR1：**控制寄存器 1，用于配置定时器的模式、时钟源和中断。
- **SR：**状态寄存器，用于指示定时器的状态。

**2.3 定时器模式选择**

STM32定时器支持多种模式，包括：

- **向上计数模式：**计数器从 0 递增到 ARR 的值。
- **向下计数模式：**计数器从 ARR 的值递减到 0。
- **中心对齐模式：**计数器从 ARR/2 递增到 ARR，然后从 ARR 递减到 0。
- **PWM 模式：**定时器用于生成 PWM 信号。

**2.4 定时器中断配置**

定时器中断可以通过设置 CR1 寄存器的 UIE 位来启用。当计数器达到 ARR 的值时，会触发中断。中断服务程序可以用来执行所需的处理。

**代码示例：**

#include "stm32f10x.h"

void TIM2_IRQHandler(void) {
  // 定时器中断服务程序
  if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) {
    // 计数器达到 ARR 的值
    TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
    // 执行所需的处理
  }
}

void main(void) {
  // 配置定时器 2
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 1000;
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 8400;
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);

  // 启用定时器中断
  TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

  // 启动定时器
  TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

  while (1) {
    // 主循环
  }
}

**逻辑分析：**

此代码配置定时器 2 以每秒产生 1000 个中断。TIM_TimeBaseInitStruct 结构体用于配置定时器的模式、时钟源和中断。TIM_ITConfig 函数用于启用定时器中断。TIM_Cmd 函数用于启动定时器。

# 3.1 PWM输出

**3.1.1 PWM基本原理**

脉冲宽度调制（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。在PWM中，脉冲的占空比（高电平时间与周期时间的比值）决定了输出的平均值。

PWM信号的周期由定时器的时钟频率和预分频器决定。占空比由比较寄存器决定，该寄存器与定时器计数器进行比较。当计数器值小于比较寄存器值时，输出为高电平；当计数器值大于比较寄存器值时，输出为低电平。

**3.1.2 STM32定时器PWM配置**

STM32定时器支持PWM输出，可以通过以下步骤配置：

1. **选择PWM模式：**在TIMx_CR1寄存器中设置CEN位和PWM模式位（如TIM_CR1_PWM_MODE_1）。
2. **设置时钟源和预分频器：**在TIMx_PSC寄存器中设置时钟源和预分频器。
3. **设置自动重装载寄存器（ARR）：**在TIMx_ARR寄存器中设置PWM周期的值。
4. **设置比较寄存器（CCR）：**在TIMx_CCRx寄存器中设置占空比的值。
5. **使能PWM输出：**在TIMx_CCER寄存器中设置CCxE位。

**代码示例：**

// 配置TIM2为PWM模式，时钟源为APB1，预分频器为10
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN;
TIM2->PSC = 10 - 1;

// 设置PWM周期为1000us
TIM2->ARR = 1000;

// 设置占空比为50%
TIM2->CCR1 = 500;

// 使能PWM输出
TIM2->CCER |= TIM_CCER_CC1E;

// 启动定时器
TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN;

**逻辑分析：**

* RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN：使能TIM2定时器时钟。
* TIM2->PSC = 10 - 1：设置预分频器为10。
* TIM2->ARR = 1000：设置PWM周期为1000us。
* TIM2->CCR1 = 500：设置占空比为50%。
* TIM2->CCER |= TIM_CCER_CC1E：使能PWM输出。
* TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN：启动定时器。

# 4. 定时器在实际项目中的应用

### 4.1 LED闪烁

#### 原理介绍

LED闪烁是定时器最基本的应用之一。通过定时器周期性地控制LED的开关，可以实现LED的闪烁效果。

#### 操作步骤

1. 配置定时器为周期中断模式。
2. 在定时器中断服务程序中，控制LED的开关。

#### 代码示例

// 定时器初始化
void TIM_Init(void)
{
    // 使能定时器时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    // 定时器配置
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =