单片机C语言定时器应用：时间控制与事件管理的基石

# 1. 单片机C语言定时器概述

单片机定时器是单片机系统中不可或缺的模块，它能够以可编程的方式产生精确的时间间隔和脉冲，用于控制各种外设和实现复杂功能。

定时器通常由一个计数器和一个控制寄存器组成。计数器负责累积时间，而控制寄存器用于配置定时器的模式、时钟源和中断行为。通过对定时器进行编程，可以实现各种时间控制和事件管理功能，例如精确延时、实时时钟、周期性事件触发和脉冲宽度调制。

定时器在单片机系统中有着广泛的应用，包括时间控制、事件管理、数据采集和信号处理等。了解定时器的原理和编程方法对于单片机开发人员至关重要。

# 2. 定时器编程基础

### 2.1 定时器寄存器和控制位

#### 2.1.1 定时器模式和时钟源选择

单片机定时器通常有多种工作模式，每种模式都有其特定的功能和时钟源选择。常见的定时器模式包括：

- **自由运行模式：**定时器连续计数，直到溢出。
- **比较模式：**定时器计数到特定值时产生中断。
- **捕获模式：**定时器捕获外部信号的边缘，并将其值存储在寄存器中。
- **PWM模式：**定时器生成脉冲宽度调制 (PWM) 波形。

时钟源的选择决定了定时器的计数频率。常见的时钟源包括：

- **内部时钟：**由单片机内部振荡器提供，频率相对稳定。
- **外部时钟：**由外部晶体或振荡器提供，频率更加精确。

#### 2.1.2 定时器中断和标志位

定时器可以通过中断通知 CPU 发生特定事件。每个定时器都有一个中断标志位，当事件发生时，该标志位会被置位。CPU 可以通过轮询标志位或使用中断向量表来处理中断。

常见的定时器中断标志位包括：

- **溢出中断：**当定时器计数达到最大值并溢出时触发。
- **比较中断：**当定时器计数达到与比较寄存器中值相等时触发。
- **捕获中断：**当外部信号的边缘被捕获时触发。

### 2.2 定时器中断处理

#### 2.2.1 定时器中断服务函数

当定时器中断发生时，CPU 会跳转到一个称为中断服务函数 (ISR) 的特定代码段。ISR 的目的是处理中断事件并执行必要的操作。

ISR 的编写需要遵循以下原则：

- **简洁性：**ISR 应该尽可能简洁，只包含处理中断事件的必要代码。
- **原子性：**ISR 应该是非抢占的，即在执行 ISR 期间，CPU 不允许被其他中断打断。
- **可重入性：**ISR 应该可重入，即可以同时处理多个中断事件。

#### 2.2.2 定时器中断优先级

单片机通常支持多个中断源，每个中断源都有一个优先级。定时器中断的优先级决定了当多个中断同时发生时，CPU 处理中断的顺序。

中断优先级通常通过一个中断向量表来配置。中断向量表将每个中断源映射到一个特定的 ISR。优先级较高的中断源将被优先处理。

# 3. 定时器应用实践

### 3.1 时间控制

定时器在时间控制方面有着广泛的应用，包括精确延时和实时时钟功能。

#### 3.1.1 精确延时实现

精确延时是许多嵌入式系统中的关键需求。定时器可以用来实现精确的延时，方法是设置定时器的溢出值并等待溢出中断发生。

// 精确延时 100ms
void delay_ms(uint32_t ms) {
  // 计算溢出值
  uint32_t overflow_value = (ms * SystemCoreClock) / 1000 / TIMER_PRESCALER;