STM32单片机定时器应用精解：掌控时间与事件

# 1. STM32定时器概述**

STM32单片机中的定时器是一种强大的外设，用于生成精确的时间间隔和事件。它具有多种功能，包括：

- **时间间隔生成：**定时器可以产生可编程的时间间隔，用于创建定时器中断或触发其他事件。
- **事件计数：**定时器可以计数外部事件，例如脉冲或方波，并生成中断或其他响应。
- **PWM输出：**定时器可以生成脉冲宽度调制（PWM）信号，用于控制电机、LED和其他设备。

# 2. 定时器编程基础

### 2.1 定时器配置和初始化

STM32定时器是一个可编程的硬件外设，用于生成精确的时间间隔和事件。要使用定时器，首先需要对其进行配置和初始化。

**配置寄存器**

定时器配置寄存器主要包括以下几个：

- **TIMx_CR1：**控制寄存器，用于配置定时器模式、时钟源、计数方向等。
- **TIMx_PSC：**预分频寄存器，用于设置定时器时钟的预分频系数。
- **TIMx_ARR：**自动重装载寄存器，用于设置定时器计数上限。

**初始化步骤**

1. **时钟使能：**在使用定时器之前，需要先使能其时钟。
2. **配置模式：**根据需要，设置定时器的模式（如向上计数、向下计数、中心对齐等）。
3. **设置时钟源：**选择定时器的时钟源（如内部时钟、外部时钟等）。
4. **设置预分频系数：**设置定时器时钟的预分频系数，以获得所需的定时周期。
5. **设置自动重装载值：**设置定时器的自动重装载值，以确定计数上限。

**代码示例**

// 使能定时器 2 时钟
RCC->APB1ENR1 |= RCC_APB1ENR1_TIM2EN;

// 设置定时器 2 为向上计数模式
TIM2->CR1 &= ~TIM_CR1_DIR;

// 设置定时器 2 时钟源为内部时钟
TIM2->SMCR &= ~TIM_SMCR_SMS;

// 设置定时器 2 时钟预分频系数为 1000
TIM2->PSC = 1000;

// 设置定时器 2 自动重装载值为 10000
TIM2->ARR = 10000;

**逻辑分析**

* `RCC->APB1ENR1 |= RCC_APB1ENR1_TIM2EN;`：使能定时器 2 时钟。
* `TIM2->CR1 &= ~TIM_CR1_DIR;`：设置定时器 2 为向上计数模式。
* `TIM2->SMCR &= ~TIM_SMCR_SMS;`：设置定时器 2 时钟源为内部时钟。
* `TIM2->PSC = 1000;`：设置定时器 2 时钟预分频系数为 1000。
* `TIM2->ARR = 10000;`：设置定时器 2 自动重装载值为 10000。

### 2.2 定时器中断处理

定时器中断是当定时器计数达到预设值时触发的事件。STM32定时器支持多种中断类型，包括更新中断、触发中断和捕获中断。

**中断配置**

1. **使能中断：**在使用定时器中断之前，需要先使能相应的中断。
2. **设置中断优先级：**设置定时器中断的优先级，以确定其在其他中断中的执行顺序。
3. **编写中断服务程序：**编写中断服务程序，以响应定时器中断事件。

**代码示例**

// 使能定时器 2 更新中断
TIM2->DIER |= TIM_DIER_UIE;

// 设置定时器 2 更新中断优先级为 1
NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 1);

// 编写定时器 2 更新中断服务程序
void TIM2_IRQHandler(void)
{
    // 清除更新中断标志位
    TIM2->SR &= ~TIM_SR_UIF;

    // 执行中断处理代码
}

**逻辑分析**

* `TIM2->DIER |= TIM_DIER_UIE;`：使能定时器 2 更新中断。
* `NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 1);`：设置定时器 2 更新中断优先级为 1。
* `TIM2_IRQHandler(void)`：定时器 2 更新中断服务程序。
* `TIM2->SR &= ~TIM_SR_UIF;`：清除更新中断标志位。

# 3. 定时器高级应用

### 3.1 PWM输出

**概念**

脉宽调制（PWM）是一种通过改变脉冲宽度来控制输出电压或电流的技术。在STM32中，定时器可以配置为PWM模式，生成可变占空比的方波信号。

**配置**

配置定时器进行PWM输出需要以下步骤：

1. 选择定时器通道：每个定时器有多个通道，每个通道都可以独立配置为PWM输出。
2. 设置时钟源：PWM输出的时钟源可以是内部时钟或外部时钟。
3. 设置预分频器：预分频器用于分频时钟源，降低输出频率。
4. 设置比较值：比较值决定了PWM脉冲的宽度。

**代码示例**

// 配置定时器1通道1为PWM输出
TIM1->CR1 |= TIM_CR1_CEN;  // 使能定时器
TIM1->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1M_2;  // 设置输出比较模式为PWM模式1
TIM1->CCR1 = 500;  // 设置比较值，占空比为50%

**逻辑分析**

* `TIM1->CR1 |= TIM_CR1_CEN;`：使能定时器1。
* `TIM1->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1M_2;`：设置定时器1通道1的输出比较模式为PWM模式1。
* `TIM1->CCR1 = 500;`：设置定时器1通道1的比较值为500，占空比为50%。

### 3.2 输入捕获

**概念**

输入捕获功能允许定时器捕获外部信号的上升沿或下降沿。捕获到的时间值存储在定时器的捕获寄存器中。

**配置**

配置定时器进行输入捕获需要以下步骤：

1. 选择定时器通道：每个定时器有多个通道，每个通道都可以独立配置为输入捕获。
2. 设置时钟源：输入捕获的时钟源可以是内部时钟或外部时钟。
3. 设置预分频器：预分频器用于分频时钟源，降低输入信号的频