单片机程序设计定时器应用全攻略：精确控制时间与事件

# 1. 单片机定时器概述**

单片机定时器是一种用于生成精确时间间隔或脉冲的硬件模块。它广泛应用于各种电子系统中，用于实现精确延时、脉宽调制、事件计数等功能。

定时器通常由一个计数器和一个控制寄存器组成。计数器负责递增或递减，而控制寄存器用于配置定时器的模式、时钟源和中断等参数。通过对定时器进行编程，可以控制其计数方式、时钟频率和中断触发条件，从而实现所需的定时功能。

# 2. 单片机定时器编程基础

### 2.1 定时器寄存器和控制位

定时器寄存器和控制位是定时器编程的基础，用于配置定时器的模式、时钟源等参数。

#### 2.1.1 定时器模式选择

定时器模式选择寄存器（TCCR）用于选择定时器的模式。常见的定时器模式有：

- **正常模式：**定时器按设定时间间隔计数，达到设定值时产生中断。
- **CTC模式：**定时器计数到设定值时产生中断，然后重新计数。
- **PWM模式：**定时器产生可调占空比的脉冲波。

#### 2.1.2 时钟源选择

时钟源选择寄存器（TCCR）用于选择定时器的时钟源。常见的时钟源有：

- **内部时钟：**由单片机的内部振荡器提供。
- **外部时钟：**由外部晶体或时钟源提供。
- **异步时钟：**由外部异步信号提供。

### 2.2 定时器中断处理

定时器中断处理是定时器编程的重要组成部分，用于在定时器事件发生时执行特定的代码。

#### 2.2.1 中断源配置

中断源配置寄存器（TIMSK）用于配置定时器中断源。常见的定时器中断源有：

- **溢出中断：**定时器计数器溢出时产生中断。
- **比较中断：**定时器计数器与比较寄存器相等时产生中断。
- **捕获中断：**定时器捕获输入信号时产生中断。

#### 2.2.2 中断服务程序

中断服务程序是定时器中断发生时执行的代码段。中断服务程序应快速执行，避免影响其他程序的运行。

ISR(TIMER1_OVF_vect) {
  // 定时器1溢出中断服务程序
  // ...
}

**代码逻辑分析：**

ISR(TIMER1_OVF_vect)表示这是一个定时器1溢出中断服务程序。中断服务程序中可以编写具体的处理逻辑，如更新变量、控制LED闪烁等。

# 3. 单片机定时器应用实践

### 3.1 精确延时

#### 3.1.1 软件延时

**原理：**
软件延时是通过软件循环的方式来实现延时的。其基本原理是通过一个循环体，在循环体中执行一个空操作，直到循环次数达到预设的延时时间。

**代码实现：**

void software_delay(uint32_t delay_ms) {
    uint32_t i, j;
    for (i = 0; i < delay_ms; i++) {
        for (j = 0; j < 1000; j++) {
            // 空操作
        }
    }
}

**逻辑分析：**

* 外层循环（`i`循环）控制延时的时间，每个循环代表1ms的延时。
* 内层循环（`j`循环）用于消耗时间，每个循环消耗大约1μs的时间。

**参数说明：**

* `delay_ms`：需要延时的毫秒数。

#### 3.1.2 硬件延时

**原理：**
硬件延时是利用单片机内部的定时器来实现延时的。其基本原理是将定时器配置为计数模式，并设置定时器的计数周期。当定时器的计数值达到预设值时，触发中断，从而实现延时。

**代码实现：**

void hardware_delay(uint32_t delay_ms) {
    // 配置定时器为计数模式
    //