STM32 HAL库定时器应用宝典：精确控制时序的不二法门


参考资源链接：[STM32 HAL库入门指南与驱动说明](https://wenku.csdn.net/doc/6412b740be7fbd1778d49a1a?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. STM32 HAL库定时器概述

## 1.1 定时器的定义与作用

STM32微控制器系列广泛应用于嵌入式系统中，其中的硬件定时器是重要的功能模块之一。定时器可以用于时间的精确测量、事件的发生调度以及脉冲的产生等多种场景。通过使用STM32 HAL库（硬件抽象层库），开发者可以更加简单、高效地管理和控制定时器，实现各种定时、计数及PWM等复杂功能。

## 1.2 STM32 HAL库的优势

HAL库是ST官方提供的硬件驱动库，其设计目的在于简化硬件编程并提高代码的可移植性。使用HAL库编程，开发者可以不必深入理解底层硬件细节，通过抽象的函数接口即可完成定时器的配置和操作。这种高级抽象为快速开发提供了便利，并且使得代码在不同STM32设备间移植变得更为容易。

## 1.3 定时器在系统中的重要性

在现代的嵌入式应用中，定时器的精确度和可靠性对整个系统至关重要。例如，实时操作系统的任务调度依赖于定时器来触发上下文切换，而通信协议的实现也常常依赖于定时器来维持精确的时序。因此，定时器的高效使用是提升系统性能和稳定性的关键因素之一。在接下来的章节中，我们将深入探讨STM32 HAL库定时器的具体操作和高级应用。

# 2. 定时器基础操作详解

## 2.1 定时器的初始化与配置

### 2.1.1 定时器基本参数设置

在使用STM32 HAL库进行定时器的初始化与配置时，第一步是设置定时器的基本参数。这包括预分频器（Prescaler）、自动重装载寄存器（Auto-reload register）以及计数模式等。

例如，若要配置TIM2以产生10kHz的定时器中断，首先需要知道主时钟（PCLK1）的频率，假设为72MHz，那么预分频器应设置为7199，因为 `(72MHz / (7199 + 1)) = 10kHz`。接下来，设定自动重装载寄存器为9999，这样定时器溢出后就会产生中断，周期为 `(1 / 10kHz) * (1 + 9999) = 1s`。

/* TIM2 initialization code snippet */
TIM_HandleTypeDef htim2;
uint32_t prescaler = (uint32_t)((SystemCoreClock / 2) / 10000) - 1; // Set prescaler for 10kHz
uint32_t period = (uint32_t)((10kHz) * 1) - 1; // Set auto-reload for 1 second

htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = prescaler;
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim2.Init.Period = period;
htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
HAL_TIM_Base_Init(&htim2);

### 2.1.2 定时器中断配置与应用

配置完基本参数后，下一步是设置定时器的中断，以便在特定时刻执行用户代码。在STM32 HAL库中，这需要开启中断，并在NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）中配置优先级。

/* Enable TIM2 interrupts */
HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);

/* TIM2 interrupt handler */
void TIM2_IRQHandler(void) {
  HAL_TIM_IRQHandler(&htim2);
}

/* TIM2 interrupt callback */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
  if (htim->Instance == TIM2) {
    // User code for 1 second interrupt handling
  }
}

通过这些设置，每秒定时器中断将被触发一次，并在中断服务例程中执行相应的回调函数。

## 2.2 定时器的启动与停止

### 2.2.1 定时器启动方法

一旦定时器初始化和中断配置完成，可以通过HAL库函数启动定时器。主要的函数是`HAL_TIM_Base_Start_IT`用于启动定时器中断，`HAL_TIM_Base_Start`用于启动定时器计数但不产生中断。

/* Start the TIM2 timer in interrupt mode */
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

/* Start the TIM2 timer in normal mode */
HAL_TIM_Base_Start(&htim2);

### 2.2.2 定时器停止与重置

在某些情况下，可能需要停止定时器或者重置定时器的计数值。停止定时器可以使用`HAL_TIM_Base_Stop_IT`或`HAL_TIM_Base_Stop`函数，而重置计数器的值则通过`__HAL_TIM_SET_COUNTER`宏。

/* Stop the TIM2 timer */
HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim2);
HAL_TIM_Base_Stop(&htim2);

/* Reset the counter value */
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0);

## 2.3 定时器的回调函数与事件处理

### 2.3.1 回调函数的实现与注意事项

回调函数是实现定时器事件处理的一种机制，它允许用户在定时器的特定事件（如定时器溢出、匹配比较等）发生时执行自定义代码。实现回调函数时，需要确保它的执行效率要高，避免在其中执行长时间操作，以免影响定时器事件的实时性。

### 2.3.2 定时器事件与状态监控

对于定时器的事件与状态监控，STM32 HAL库提供了状态机的机制来监控定时器的操作状态，确保应用层可以根据状态机提供的信息做出相应的处理。

/* Check the timer status */
if (__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim2, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET) {
  if (__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(&htim2, TIM_IT_UPDATE) != RESET) {
    __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim2, TIM_IT_UPDATE);
    // User code to handle the timer update event
  }
}

通过这样的检查和处理机制，可以确保定时器的事件被正确处理，同时防止因为未处理的中断导致的系统异常。

下一章节将继续深入到定时器的高级特性应用，比如输入捕获、输出比较以及PWM输出控制等。

# 3. 定时器高级特性应用

### 3.1 定时器的输入捕获功能

在现代微控制器应用中，定时器不仅仅是用于计时或延时，其输入捕获功能能够在外部事件发生时记录时间信息，对于精确测量外部脉冲宽度、频率、周期等参数至关重要。输入捕获功能允许定时器在检测到输入信号边沿（上升沿或下降沿）时捕获当前的计数值，这样就可以直接读取到输入信号的相关时间信息。

#### 3.1.1 输入捕获的原理与应用

输入捕获功能利用的是定时器的输入捕获通道。当配置定时器的输入捕获通道与外部引脚相连后，定时器便能够感应到输入信号的上升沿或下降沿，并自动捕获当前的计数值至捕获寄存器中。通过读取这个值，可以获取到外部事件发生的具体时刻。此外，还可以配置捕获通道以触发中断或DMA传输，以实现更高性能的数据处理。

一个典型的输入捕获应用场景是在编码器的信号读取上。编码器输出的脉冲信号，通过输入捕获能够准确计算出旋转的速度和方向，从而实现精确的速度控制和位置反馈。

#### 3.1.2 输入捕获的配置与示例

配置STM32定时器以使用输入捕获功能，首先需要初始化定时器，并设置对应的输入捕获通道。下面给出一个简单的示例代码块，展示如何进行输入捕获的配置：

/* 定时器句柄声明 */
TIM_Hand