STM外设介绍2（Timer）

1. 定时器概述

在 STM32 系列微控制器中，定时器（Timer）是一个非常重要的外设，它能够提供精确的时间延时、定时控制、PWM 输出、事件计数、脉冲宽度调制（PWM）等多种功能。定时器通常用于定时中断、时间计数、精确延迟等场景。而中断在定时器的应用中起到了非常重要的作用，在完成定时器任务前我们应该先去了解它：
中断介绍https://blog.csdn.net/weixin_43756295/article/details/144549733

1.1 定时器的分类

STM32F103 中有多个定时器，这些定时器可以分为以下几类：

基本定时器（Basic Timer）：
- 例如 TIM6, TIM7，这些定时器通常用于生成定时中断。
通用定时器（General-purpose Timer）：
- 例如 TIM2, TIM3, TIM4, TIM5，这些定时器支持多种模式，如 PWM 输出、输入捕获、输出比较等。
高级定时器（Advanced-control Timer）：
- 例如 TIM1 和 TIM8，具有高级功能，支持更复杂的 PWM 控制，适用于电机控制等高精度应用。

1.2 定时器的工作原理

定时器基于一个内置的时钟源（通常是系统时钟），并通过分频器将系统时钟降低为定时器时钟。定时器会不断递增计数器的值，直到计数器的值达到预设的 自动重载寄存器（ARR），然后产生一个定时器溢出事件或中断。

1.3 定时器的常见功能

定时器中断：定时器溢出时触发中断，可以用来定时执行任务。
PWM 输出：通过定时器控制占空比生成 PWM 波形，适用于电机控制、LED 灯光调光等。
输入捕获（IC）：测量外部信号的频率和脉宽。
输出比较（OC）：定时器比较当前计数值与预设值，生成精确的定时事件。

2. 定时器的配置

定时器配置通常包括以下几个步骤：

启用定时器时钟 ：通过 RCC 模块启用定时器的时钟。
配置定时器参数：设置计数器的计数方向、预分频器、自动重载值等。
启动定时器：启动定时器工作。
配置定时器中断（可选）：如果需要中断，启用定时器溢出中断，并在中断服务程序中处理。

3. 定时器在 STM32F103 上的应用：基础定时器

这里将展示如何在 STM32F103 上使用定时器生成定时中断，定时中断每秒触发一次，执行一个简单的操作（例如，切换一个 LED 的状态）。

3.1 代码实现：使用 TIM3 生成定时中断

硬件连接

将 LED 的正极连接到 PA0 引脚，负极通过一个 330Ω 电阻连接到 GND。

代码实现

以下示例代码演示了如何使用 STM32F103 的 TIM3 定时器生成定时中断，并在中断服务函数中切换 LED 状态。

cpp 复制代码

#include "main.h"

// LED 状态变量
volatile uint8_t LED_State = 0;

// 初始化 TIM3 定时器
void TIM3_Init(void) {
    // 1. 启用 TIM3 时钟
    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();

    // 2. 配置 PA0 为推挽输出，用于控制 LED
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 3. 配置定时器 TIM3
    TIM_HandleTypeDef htim3;
    htim3.Instance = TIM3;
    htim3.Init.Prescaler = 8000 - 1; // 分频值 8000 (APB1 频率 72MHz / 8000 = 9kHz)
    htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; // 向上计数
    htim3.Init.Period = 9000 - 1; // 定时器计数周期 (9kHz / 9000 = 1Hz)
    htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;

    // 4. 初始化 TIM3
    if (HAL_TIM_Base_Init(&htim3) != HAL_OK) {
        // Initialization Error
        Error_Handler();
    }

    // 5. 启动 TIM3 中断
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
    
    // 6. 配置 NVIC，启用 TIM3 中断
    HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn, 0, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);
}

// TIM3 中断处理函数
void TIM3_IRQHandler(void) {
    // 检查定时器更新中断标志位
    if (__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim3, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET) {
        if (__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(&htim3, TIM_IT_UPDATE) != RESET) {
            __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim3, TIM_IT_UPDATE);

            // 翻转 LED 状态
            LED_State = !LED_State;
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, LED_State ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
        }
    }
}

int main(void) {
    // HAL 库初始化
    HAL_Init();

    // 初始化 TIM3 定时器
    TIM3_Init();

    while (1) {
        // 主循环，空闲，等待中断
    }
}

3.2 代码解释

定时器初始化：
- 使用 __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE() 启用 TIM3 的时钟。
- 使用 HAL_TIM_Base_Init() 配置定时器的预分频器和自动重载值（ARR）。在此示例中，预分频器设置为 8000，将时钟频率降低至 9kHz。自动重载值设置为 9000，使得定时器每秒溢出一次，生成一个 1Hz 的定时中断。
定时器启动：
- 使用 HAL_TIM_Base_Start_IT() 启动定时器并使能中断。
定时器中断服务函数：
- TIM3_IRQHandler() 是定时器溢出的中断处理函数。当定时器计数到达溢出值时，会触发中断，在中断服务函数内进行操作。
- 在中断服务函数中，每当定时器溢出时，会翻转 LED 的状态。
LED 状态翻转：
- 使用 HAL_GPIO_WritePin() 函数控制 PA0 引脚的电平，根据 LED_State 来决定是点亮还是熄灭 LED。

4. 定时器的其他应用

除了基础的定时中断应用，定时器在 STM32F103 中还可以用来实现以下功能：

PWM 输出：定时器可以用来产生 PWM 信号，控制电机、LED 等设备的转速或亮度。
输入捕获：通过定时器的输入捕获功能，可以测量外部信号的频率或脉冲宽度。
输出比较：定时器可以用来比较一个预设的值，触发精确的定时事件。

PWM 输出示例

cpp 复制代码

// 生成 PWM 输出
void TIM3_PWM_Init(void) {
    // 启用 TIM3 时钟
    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();
    
    // 配置 PA6 为定时器 3 的 PWM 输出
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;    // 复用推挽输出模式
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 配置 TIM3 PWM 模式
    TIM_HandleTypeDef htim3;
    htim3.Instance = TIM3;
    htim3.Init.Prescaler = 72 - 1;             // 72MHz / 72 = 1 MHz
    htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim3.Init.Period = 1000 - 1;              // PWM 频率为 1kHz
    htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim3);

    // 配置 PWM 通道
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 500;                    // 占空比 50%
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

    // 启动 PWM 输出
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
}

总结

定时器是 STM32 微控制器中的重要外设，广泛应用于定时、PWM 控制、频率测量等场景。
使用定时器可以轻松实现定时中断、PWM 输出等功能，特别适用于嵌入式系统的任务调度和控制。
本文通过 STM32F103 的 TIM3 定时器示例，展示了如何配置定时器、使用定时中断、以及如何通过定时器生成 PWM 输出。