定时器 Timer

计算示例

例1：定时器时钟 72MHz，需要 1ms 定时。

设 PSC=71，则计数频率 = 72MHz/(71+1) = 1MHz（每 1μs 计数一次）。

需要 1ms = 1000μs，所以 ARR = 1000-1 = 999。

验证：定时时间 = (999+1)×(71+1)/72MHz = 1000×72/72000000 = 0.001s = 1ms ✅

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例2：定时器时钟 72MHz，需要 500ms 定时。

设 PSC=7199，则计数频率 = 72MHz/(7199+1) = 10kHz（每 0.1ms 计数一次）。

需要 500ms = 5000×0.1ms，所以 ARR = 5000-1 = 4999。

验证：定时时间 = (4999+1)×(7199+1)/72MHz = 5000×7200/72000000 = 0.5s ✅

标准库配置代码（TIM2 产生 1ms 中断）

// 1. 使能时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

// 2. 配置时基单元
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;                // ARR = 999
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;              // PSC = 71
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

// 3. 使能更新中断
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

// 4. 配置 NVIC
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

// 5. 启动定时器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

中断服务函数

void TIM2_IRQHandler(void)
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);  // 清除标志位
        // 用户代码：如 LED 翻转、计数器累加等
        GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_Pin_0);
    }
}

HAL 库配置代码（CubeMX 生成 + 用户代码）

// CubeMX 自动生成的初始化代码
TIM_HandleTypeDef htim2;

void MX_TIM2_Init(void)
{
    htim2.Instance = TIM2;
    htim2.Init.Prescaler = 71;
    htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim2.Init.Period = 999;
    htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
    HAL_TIM_Base_Init(&htim2);
}

// main() 中启动定时器中断
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

// 回调函数（HAL 库自动调用）
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM2)
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_0);
    }
}

测量频率的原理

① 配置输入捕获为上升沿触发；

② 第一个上升沿到来时，记录 CNT 值为 T1；

③ 第二个上升沿到来时，记录 CNT 值为 T2；

④ 周期 T = (T2 - T1) × (PSC+1) / 时钟频率；

⑤ 频率 f = 1 / T。

测量脉宽的原理

① 配置两个通道：通道 1 上升沿触发，通道 2 下降沿触发；

② 上升沿到来时，记录 CNT 值为 T1（周期起点）；

③ 下降沿到来时，记录 CNT 值为 T2（高电平结束）；

④ 高电平时间 = (T2 - T1) × (PSC+1) / 时钟频率；

⑤ 占空比 = 高电平时间 / 周期。

标准库输入捕获配置

// 1. 使能时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

// 2. 配置 GPIO（PA6 作为 TIM3_CH1 输入）
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;  // 上拉输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

// 3. 配置输入捕获
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;   // 上升沿
TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;
TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);

// 4. 使能捕获中断
TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, ENABLE);
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

PWM 配置代码（标准库）

// 1. 使能时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

// 2. 配置 GPIO（PA0 复用推挽输出）
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

// 3. 配置定时器时基
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;         // ARR = 999
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;       // PSC = 71
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

// 4. 配置 PWM 模式
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;            // CCR = 500，占空比 50%
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

// 5. 启动 PWM
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

// 动态修改占空比
TIM_SetCompare1(TIM2, 750);  // 占空比变为 75%

例题 1：定时器中断实现 LED 每 500ms 翻转 要求：使用 TIM3，定时器时钟 72MHz，PA0 接 LED，每 500ms 翻转一次。 思路：① 计算 PSC 和 ARR；② 配置定时器中断；③ 在中断中翻转 LED。

// PSC=7199, ARR=4999
// 定时时间 = (7199+1)×(4999+1)/72MHz = 7200×5000/72000000 = 0.5s

// 1. 使能时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

// 2. 配置 GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

// 3. 配置定时器
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 4999;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 7199;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

// 4. 使能中断 + NVIC
TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

// 5. 启动定时器
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

// 中断服务函数
void TIM3_IRQHandler(void)
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
        GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0,
            (BitAction)(1 - GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0)));
    }
}

关键点：① 定时时间 = (PSC+1)×(ARR+1)/时钟频率；② 中断中必须清除标志位；③ 翻转引脚用读-取反-写操作。

例题 2：PWM 控制 LED 亮度（呼吸灯效果） 要求：用 TIM2 通道 1 输出 PWM，PA0 接 LED，实现呼吸灯效果（亮度渐变）。 思路：① 配置 PWM；② 在主循环中逐渐改变占空比。

// 使能时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

// 配置 GPIO（复用推挽）
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

// 配置定时器时基（PWM 频率 = 72MHz/(71+1)/(999+1) = 1kHz）
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

// 配置 PWM 模式
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

// 主循环：呼吸灯
uint16_t pwm = 0;
int8_t dir = 1;
while(1)
{
    pwm += dir * 5;
    if (pwm >= 995) dir = -1;
    if (pwm <= 5) dir = 1;
    TIM_SetCompare1(TIM2, pwm);
    delay_ms(10);
}

关键点：① GPIO 必须配置为复用推挽输出；② PWM 频率 = 时钟/((PSC+1)×(ARR+1))；③ 动态修改 TIM_SetCompare1() 改变占空比。

例题 3：输入捕获测量 PWM 频率和占空比 要求：用 TIM3 通道 1（PA6）捕获外部 PWM 信号，测量其频率和占空比。 思路：① 配置输入捕获（上升沿触发）；② 在中断中记录两次捕获值；③ 计算周期和脉宽。

volatile uint16_t IC_Value1 = 0, IC_Value2 = 0;
volatile uint16_t IC_Duty = 0;
volatile uint8_t IC_Flag = 0;

// 配置输入捕获（省略时钟和 GPIO 配置）
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0;
TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);

TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, ENABLE);
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

// 中断服务函数
void TIM3_IRQHandler(void)
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_CC1) != RESET)
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_CC1);
        if (IC_Flag == 0)
        {
            IC_Value1 = TIM_GetCapture1(TIM3);  // 第一次捕获
            IC_Flag = 1;
        }
        else
        {
            IC_Value2 = TIM_GetCapture1(TIM3);  // 第二次捕获
            IC_Duty = IC_Value2 - IC_Value1;    // 周期（计数值）
            IC_Flag = 0;
        }
    }
}
// 频率 = 时钟频率 / ((PSC+1) × IC_Duty)
// 占空比需要配合下降沿捕获计算

关键点：① 输入捕获会自动锁存 CNT 到 CCR；② 需要至少两次捕获才能计算周期；③ 溢出处理要考虑 16 位计数器回绕。