STM32单片机定时器应用宝典：PWM、定时器捕获、定时器中断实战

# 1. STM32定时器概述**

STM32单片机集成了多个高级定时器，这些定时器具有丰富的功能和灵活的配置选项，使其在各种应用中发挥着至关重要的作用。本章将提供STM32定时器的全面概述，包括其架构、功能和应用。

**1.1 定时器架构**

STM32定时器采用32位计数器设计，具有预分频器和自动重载机制。它支持多种时钟源，包括内部时钟、外部时钟和时钟树。定时器的架构提供了灵活的时基生成和事件计数能力。

**1.2 定时器功能**

STM32定时器提供了一系列功能，包括：

- PWM输出：用于生成可变占空比的脉冲波形，广泛应用于电机控制、LED驱动和音频生成。
- 定时器捕获：用于测量外部事件的持续时间或频率，适用于频率测量、脉冲计数和相位检测。
- 定时器中断：当定时器达到特定计数值时触发中断，可用于实现精确的定时和事件响应。

# 2. PWM输出模式

### 2.1 PWM基本原理

脉宽调制（PWM）是一种数字信号，通过改变脉冲的宽度来表示模拟信号的幅度。它广泛应用于电机控制、LED调光、音频放大等领域。

PWM波形由一系列周期性重复的脉冲组成，每个脉冲由一个高电平（称为占空期）和一个低电平（称为关断期）组成。占空期占整个周期时间的比例称为占空比。

占空比决定了模拟信号的幅度。当占空比为 0% 时，输出为低电平；当占空比为 100% 时，输出为高电平；介于两者之间的占空比产生不同幅度的模拟信号。

### 2.2 STM32定时器PWM输出配置

STM32定时器支持 PWM 输出模式，可以通过以下步骤进行配置：

1. **选择定时器和通道：**选择要使用哪个定时器和通道，例如 TIM1 的通道 1。
2. **设置时钟源：**选择定时器的时钟源，例如 APB2 时钟。
3. **设置预分频器和重载值：**预分频器用于分频时钟源，重载值用于设置 PWM 周期。
4. **设置输出模式：**将通道的输出模式设置为 PWM 模式。
5. **设置占空比：**通过设置比较值来设置 PWM 的占空比。

### 2.3 PWM波形调制与应用

PWM 波形可以通过改变占空比来调制模拟信号的幅度。以下是一些常见的应用：

- **电机控制：**通过改变占空比来控制电机的转速。
- **LED 调光：**通过改变占空比来控制 LED 的亮度。
- **音频放大：**通过改变占空比来放大模拟音频信号。

**代码块：**

#include "stm32f10x.h"

void TIM1_PWM_Init(void)
{
    // 选择 TIM1 的通道 1
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);

    // 设置时钟源为 APB2 时钟
    TIM_PrescalerConfig(TIM1, 1000, TIM_PSCReloadMode_Immediate);

    // 设置重载值为 1000
    TIM_SetAutoreload(TIM1, 1000);

    // 启用 TIM1
    TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
}

**逻辑分析：**

该代码块初始化 TIM1 通道 1 为 PWM 输出模式。它将时钟源设置为 APB2 时钟，预分频器为 1000，重载值为 1000。这将产生一个 1 kHz 的 PWM 波形，占空比为 50%。

# 3. 定时器捕获模式**

### 3.1 定时器捕获基本原理

定时器捕获模式允许STM32单片机捕获外部事件的发生时间或脉冲宽度。当外部事件发生时，定时器会停止计数并记录当前计数值。通过比较捕获值和定时器的计数值，可以计算出外部事件的发生时间或脉冲宽度。

**捕获模式的类型：**

* **上升沿捕获：**当外部信号从低电平上升到高电平时，触发捕获。
* **下降沿捕获：**当外部信号从高电平下降到低电平时，触发捕获。
* **上升/下降沿捕获：**当外部信号从低电平上升到高电平或从高电平下降到低电平时，触发捕获。

### 3.2 STM32定时器捕获模式配置

要配置STM32定时器捕获模式，需要进行以下步骤：

1. **选择定时器通道：**每个定时器有多个通道，每个通道可以配置为捕获模式。
2. **设置捕获模式：**选择上升沿、下降沿或上升/下降沿捕获模式。
3. **设置捕获滤波器：**滤波器可以消除外部信号中的噪声，提高捕获精度。
4. **设置预分频器：**预分频器可以降低定时器的计数频率，提高捕获分辨率。
5. **使能捕获功能：**在配置完成后，需要使能捕获功能。

### 3.3 定时器捕获应用实例

定时器捕获模式在各种应用中都有广泛的应用，例如：

* **脉冲宽度测量：**通过捕获脉冲的上升沿和下降沿，可以计算出脉冲的宽度。
* **频率测量：**通过捕获连续脉冲的上升沿或下降沿，可以计算出脉冲的频率。
* **相位测量：**通过捕获两个信号的上升沿或下降沿，可以计算出两个信号之间的相位差。

**代码示例：**

以下代码示例演示了如何使用STM32定时器捕获模式测量脉冲宽度：

#include "stm32f10x.h"

void TIM2_IRQHandler(void) {
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC1) == SET) {
        // 捕获上升沿
        uint32_t capture_value = TIM_GetCapture1(TIM2);
        // 计算脉冲宽度
        uint32_t pulse_width = capture_value - previous_capture_value;
        // 更新前一个捕获值
        previous_capture_value = capture_value;
        // 清除中断标志位
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC1);
    }
}

int main(void) {
    // 配置定时器2通道1为上升沿捕获模式
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;
    TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);

    // 使能定时器2通道1捕获中断
    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_CC1, ENABLE);