STM32单片机定时器编程：精准控制时间与事件，把握嵌入式节奏

# 1. STM32定时器概述**

STM32单片机内置多个定时器，是实现精准时间控制和事件管理的关键外设。定时器提供广泛的配置选项，可用于生成延时、产生脉冲宽度调制 (PWM) 信号、触发模数转换器 (ADC) 采样等功能。本章将介绍STM32定时器的基本概念、工作原理和主要功能，为后续章节的深入探讨奠定基础。

# 2. 定时器编程基础**

STM32单片机的定时器是一种功能强大的外设，可用于精确控制时间和事件。它具有丰富的功能和灵活的配置选项，使其适用于各种嵌入式应用。本章将介绍定时器编程的基础知识，包括定时器寄存器结构、工作模式和中断配置。

### 2.1 定时器寄存器结构

STM32定时器外设由多个寄存器组成，每个寄存器负责控制定时器的特定功能。主要寄存器包括：

- **CR1 控制寄存器 1：**控制定时器使能、时钟源、计数方向和预分频器。
- **CR2 控制寄存器 2：**控制定时器触发事件、输出比较模式和DMA请求。
- **CNT 计数器寄存器：**存储当前计数值。
- **PSC 预分频器寄存器：**设置时钟预分频因子，用于降低时钟频率。
- **ARR 自动重装载寄存器：**设置定时器自动重装载值，用于定义计数周期。

### 2.2 定时器工作模式

STM32定时器支持多种工作模式，以满足不同的应用需求。主要工作模式包括：

- **向上计数模式：**计数器从 0 开始向上计数，直到达到 ARR 值后重新从 0 开始。
- **向下计数模式：**计数器从 ARR 值开始向下计数，直到达到 0 后重新从 ARR 值开始。
- **中心对齐模式 1：**计数器从 ARR 值的一半开始向上计数，达到 ARR 值后重新从 ARR 值的一半开始向下计数。
- **中心对齐模式 2：**计数器从 ARR 值的一半开始向下计数，达到 0 后重新从 ARR 值的一半开始向上计数。

### 2.3 定时器中断配置

定时器中断是嵌入式系统中一种重要的通信机制。STM32定时器支持多种中断源，包括：

- **更新中断：**当计数器达到 ARR 值时触发。
- **溢出中断：**当计数器溢出或欠出时触发。
- **比较中断：**当计数器值与比较寄存器值匹配时触发。
- **触发中断：**当外部事件触发定时器时触发。

中断配置涉及以下步骤：

1. **设置中断源：**在 CR1 或 CR2 寄存器中设置相应的位。
2. **设置中断优先级：**在 NVIC 中设置中断优先级。
3. **编写中断服务程序：**响应中断并执行必要的操作。

// 使能定时器更新中断
TIMx->CR1 |= TIM_CR1_UIE;

// 设置中断优先级为 3
NVIC_SetPriority(TIMx_IRQn, 3);

// 中断服务程序
void TIMx_IRQHandler(void) {
  // 清除中断标志
  TIMx->SR &= ~TIM_SR_UIF;

  // 执行中断操作
  ...
}

# 3. 定时器高级应用**

### 3.1 输入捕获和输出比较

**输入捕获**

输入捕获功能允许定时器捕获外部事件的发生时间。当外部事件发生时，定时器会将当前计数器值存储到指定的捕获寄存器中。输入捕获可用于测量外部信号的频率、周期和脉冲宽度。

**输出比较**

输出比较功能允许定时器在达到指定的比较值时生成输出信号。当计数器值等于比较值时，定时器会将输出引脚电平置为高电平或低电平。输出比较可用于生成方波信号、控制PWM输出和触发外部事件。

**代码示例：**

// 输入捕获中断服务程序
void TIMx_CCx_Capture_IRQHandler(void) {
  // 读取捕获值
  uint32_t capture_value = TIMx->CCR1;

  // 计算捕获时间
  float capture_time = (float)capture_value / (float)TIMx->ARR;

  // 计算频率
  float frequency = 1.0f / capture_time;
}

// 输出比较中断服务程序
void TIMx_CCx_Compare_IRQHandler(void) {
  // 清除中断标志位
  TIMx->SR &= ~TIM_SR_CC1IF;

  // 输出比较操作
  // ...
}

**逻辑分析：**

* 输入捕获中断服务程序在外部事件发生时触发，读取捕获值并计算捕获时间和频率。
* 输出比较中断服务程序在计数器值等于比较值时触发，执行输出比较操作。

**参数说明：**

* `TIMx`：定时器外设基地址
* `CCx`：捕获/比较通道号
* `capture_value`：捕获值
* `capture_