单片机定时器_计数器：灵活应用，实现精准时间控制，把握系统节奏

# 1. 单片机定时器/计数器概述

单片机定时器/计数器是单片机中不可或缺的外围模块，它能够提供精确的时间测量、定时和计数功能。定时器/计数器广泛应用于各种嵌入式系统中，如电子钟、电机控制、数据采集等。

本章将介绍单片机定时器/计数器的基本概念、分类和工作模式，为后续深入理解其原理和应用奠定基础。

# 2. 单片机定时器/计数器的基本原理

### 2.1 定时器/计数器的分类和工作模式

单片机定时器/计数器按功能可分为两类：定时器和计数器。定时器用于产生指定时间间隔的脉冲信号，而计数器用于计数外部事件的发生次数。

定时器/计数器的工作模式主要有三种：

- **定时模式：**定时器在规定的时间间隔内产生一个脉冲信号，用于产生延时、定时等功能。
- **计数模式：**计数器对外部事件进行计数，用于测量频率、计数脉冲等功能。
- **捕获模式：**定时器/计数器捕获外部事件的发生时刻，用于测量时间间隔或相位差。

### 2.2 定时器/计数器的时钟源和分频机制

定时器/计数器的时钟源通常来自单片机的系统时钟或外部时钟源。为了满足不同应用的需要，定时器/计数器通常具有分频机制，可以将时钟源的频率进行分频，从而获得更低频率的时钟信号。

分频机制的实现方式有两种：

- **预分频：**在时钟源进入定时器/计数器之前进行分频。
- **后分频：**在定时器/计数器输出信号之前进行分频。

分频机制可以有效地扩展定时器/计数器的时钟范围，满足不同应用的时序要求。

### 2.3 定时器/计数器的捕获和比较功能

定时器/计数器通常具有捕获和比较功能。捕获功能可以捕捉外部事件的发生时刻，而比较功能可以将定时器/计数器的当前值与一个预设值进行比较。

捕获和比较功能在以下应用中非常有用：

- **捕获外部事件的发生时刻：**例如，测量传感器信号的上升沿或下降沿。
- **产生特定频率的脉冲信号：**通过比较定时器/计数器的当前值与预设值，可以产生指定频率的脉冲信号。
- **实现输入捕获和输出比较：**通过捕获外部事件的发生时刻并与预设值进行比较，可以实现输入捕获和输出比较功能。

**代码示例：**

// 捕获外部事件的发生时刻
void capture_external_event() {
    // 配置定时器/计数器为捕获模式
    // ...

    // 设置捕获源
    // ...

    // 等待外部事件发生
    // ...

    // 获取捕获时刻
    uint32_t capture_time = timer->CCR;
}

// 产生特定频率的脉冲信号
void generate_pulse_signal() {
    // 配置定时器/计数器为定时模式
    // ...

    // 设置时钟源和分频系数
    // ...

    // 设置比较值
    // ...

    // 启动定时器/计数器
    // ...
}

**逻辑分析：**

- `capture_external_event()` 函数配置定时器/计数器为捕获模式，并设置捕获源。当外部事件发生时，定时器/计数器会捕获事件的发生时刻，并将其存储在 CCR 寄存器中。
- `generate_pulse_signal()` 函数配置定时器/计数器为定时模式，并设置时钟源、分频系数和比较值。当定时器/计数器的当前值等于比较值时，定时器/计数器会产生一个脉冲信号。

# 3.1 定时器/计数器的基本配置和中断处理

**3.1.1 定时器/计数器的基本配置**

定时器/计数器的基本配置包括时钟源选择、分频系数设置、工作模式选择和中断使能。

- **时钟源选择：**选择定时器/计数器的时钟源，常见时钟源有系统时钟、外接时钟和内部时钟。
- **分频系数设置：**设置定时器/计数器的分频系数，以调整定时器/计数器的时钟频率。
- **工作模式选择：**选择定时器/计数器的工作模式，常见工作模式有定时模式、计数模式、脉宽调制模式等。
- **中断使能：**使能定时器/计数器的中断，以便在特定事件发生时触发中断处理程序。

**3.1.2 定时器/计数器的中断处理**

当定时器/计数器发生中断时，会触发中断处理程序。中断处理程序负责处理中断事件，并执行相应的操作。

**中断处理程序的编写步骤：**

1. 定义中断处理程序函数。
2. 在中断处理程序函数中，读取中断标志位并清除中断标志位。
3. 执行中断处理逻辑，例如更新计数器值、触发事件等。
4. 返回中断处理程序函数。

**代码块：**

// 定时器中断处理程序
void TIM_IRQHandler(void)
{
    // 读取中断标志位
    if (TIM_GetITStatus(TIMx, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        // 清除中断标志位
        TIM_ClearITPendingBit(TIMx, TIM_IT_Update);

        // 更新计数器值
        TIM_SetCounter(TIMx, 0);

        // 触发事件
        // ...
    }
}

**逻辑分析：**

- 中断处理程序函数`TIM_IRQHandler`在定时器中断发生时被调用。
- 函数中首先读取中断标志位`TIM_IT_Update`，判断中断是否是由定时器更新事件触发。
- 如果中断是由定时器更新事件触发，则清除中断标志位，