STM32定时器定时中断

TIM（Timer）定时器

定时器可以对输入的时钟进行计数，并在计数值达到设定值时触发中断16 位计数器、预分频器、自动重装寄存器的时基单元，在 72MHz 计数时钟下可以实现最大 59.65s 的定时（还可以级联获得更大的时间）

不仅具备基本的定时中断功能，而且还包含内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等多种功能

根据复杂度和应用场景分为了高级定时器、通用定时器、基本定时器三种类型

1. 核心功能

定时器是单片机的 "计时 / 计数工具"：

• 计时：基于内部时钟（如 72MHz），通过 "预分频器（降低时钟频率）+ 计数器（累计脉冲）+ 自动重装寄存器（设定目标值）" 的组合，实现精准定时（比如定时 1ms 触发一次中断）。

假如我对72MHz记了72个数，72MHz代表一秒钟有72 000 000个技术脉冲，那么就意味着一个技术脉冲的时间是 1/72 000 000，但是我们给的技术脉冲是72个，所以这个计时器就会1/72 000 000 *72=0.000 001 也就是1微妙的时间，就可以得到了1微妙的时间间隔。

那如果是72000 ，那就可以得到1毫秒的时间间隔

• 计数：也可以对外部输入的脉冲信号（比如传感器的脉冲）进行计数，达到设定值时触发动作

2. 类型区别

类型	编号	总线	功能
高级定时器	TIM1、TIM8	APB2	拥有通用定时器全部功能，并额外具有重复计数器、死区生成、互补输出、刹车输入等功能
通用定时器	TIM2、TIM3、TIM4、TIM5	APB1	拥有基本定时器全部功能，并额外具有内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等功能
基本定时器	TIM6、TIM7	APB1	拥有定时中断、主模式触发 DAC 的功能

1. 总线（APB1/APB2）的区别 APB 是单片机的外设总线，APB2频率通常更高（比如 STM32 中 APB2 最大频率 72MHz，APB1 最大 36MHz），所以高级定时器（TIM1、TIM8）接 APB2，能支持更高的时钟速率，适配复杂功能；通用 / 基本定时器接 APB1，满足常规需求。

2. 各类型核心差异（功能延伸）

   • 高级定时器："死区生成 + 互补输出" 是电机驱动的关键（比如三相电机需要互补 PWM 并避免上下桥臂同时导通）；"刹车输入" 可紧急切断输出（安全保护）
   • 通用定时器："输入捕获" 用于测信号频率 / 占空比（比如红外遥控解码）；"编码器接口" 可直接读取电机编码器的转速 / 方向
   • 基本定时器：功能最简，仅用于基础定时（比如定时触发 ADC 采样），或配合 DAC 做波形生成

3. 实际应用场景（上一级的定时器包含了下一级的所有功能）

   • 高级定时器：直流无刷电机、伺服电机的驱动电路；
   • 通用定时器：舵机 PWM 控制、红外信号解码、编码器测速；
   • 基本定时器：系统定时中断（比如毫秒级延时）、DAC 波形触发

STM32F103C8T6 定时器资源：TIM1、TIM2、TIM3、TIM4

补充常见 STM32 芯片的定时器外设（以 F1 系列为例）：

不同型号的 STM32，定时器数量 / 类型会有差异，以下是常用型号的配置：

1. STM32F103C8T6（小容量）
   • 定时器：TIM1（高级）、TIM2~TIM4（通用） → 共 4 个
2. STM32F103RCT6（中容量）
   • 定时器：TIM1（高级）、TIM2~TIM4（通用）、TIM5~TIM7（TIM5/T6/T7：TIM5 是 32 位通用，TIM6/T7 是基本） → 共 7 个
3. STM32F103ZET6（大容量）
   • 定时器：TIM1（高级）、TIM8（高级）、TIM2~TIM7（TIM2/T3/T4/T5 是通用，TIM6/T7 是基本） → 共 8 个
4. STM32F103VET6（中大容量）
   • 定时器：TIM1（高级）、TIM2~TIM4（通用）、TIM5~TIM7（TIM5 通用、TIM6/T7 基本） → 共 7 个

下面我们一个一个从简到难来进行分析

基本定时器（拥有定时中断、主模式触发 DAC 的功能）

1.定时中断

RCC开启时钟之后进入内部时钟，因为基本定时器没有外部时钟，然后进入到下面的时基单元，首先是PSC预分频，它可以对原本的时钟的72MHz进行分频，如果给0，那就是不分频，如果给的是1，那就是72MHz/2=36MHz，如果给的是2，那就是72MHz/3=24MHz,这个预分频器是 16 位的，所以最大值可以写 65535, 也就是 65536 分频

然后就是CNT计数器，然后这个就会对预分频后的时钟进行脉冲计数，来一个上升沿就会加1，这个CNT也是16位的，也就是说它记到65535就会清零，重新开始

最后就是这个自动重装载寄存器，他可以设置一个值，如果CNT在自增的时候值达到了这个值，就会触发后面的UI，也就是更新中断，这个更新中断之后就会通往 NVIC, 我们再配置好 NVIC 的定时器通道就会给CPU响应，UI下面的通道是更新事件，他不会响应CPU，但是他会响应其他的电路的工作

2.主模式触发 DAC 的功能（后续会详细讲的）

基本定时器的 "主模式触发 DAC" 功能，是让定时器定时产生触发信号，驱动 DAC 输出连续的模拟波形

1. 作用

• DAC 是 "数模转换器"，能把数字信号转成模拟电压；但要输出连续波形（比如正弦波、三角波），需要按固定时间间隔更新 DAC 的数字值
• 基本定时器通过 "主模式" 可以定时产生触发信号（TRGO 信号），每当定时器定时完成一次，就给 DAC 发一个 "更新指令"，让 DAC 切换到下一个数字值。
• 最终效果：定时器按固定时间触发 DAC 更新，DAC 输出连续的模拟波形（比如 1ms 触发一次，就能输出 1kHz 的波形）

2.好处（就是不用手动触发DAC转换频繁占据CPU，可以直接用主模式就可以自动完成，仅需要把更新事件通过主模式映射到 TRGO, 然后 TRGO 就会直接去触发 DAC 了）

• 精准同步：定时器的定时精度很高（比如 us 级），能让 DAC 波形的频率、周期更稳定。
• 节省 CPU 资源：不需要 CPU 频繁主动给 DAC 写值，由定时器硬件自动触发，降低了 CPU 的负担
• 简化代码：只需配置好定时器的定时时间 + DAC 的波形数据，硬件就能自动输出连续波形，代码逻辑更简洁

通用定时器（拥有基本定时器全部功能，并额外具有内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等功能）

"外部时钟模式 2"：TIMx_ETR引脚

是 STM32 通用定时器的一种时钟源配置方式 ，核心是用TIMx_ETR引脚输入的外部信号作为定时器的计数时钟

1. 核心逻辑

定时器默认用内部时钟（比如 72MHz）计数，但 "外部时钟模式 2" 会让定时器不依赖内部时钟，而是跟着外部信号的边沿（上升沿 / 下降沿）来计数------ 外部信号每跳变一次，定时器的计数器就 + 1。

2. 适用场景

需要对外部设备的脉冲信号计数 / 测频率的场景：

• 比如接旋转编码器：编码器每转一个角度就发一个脉冲，定时器用外部时钟模式 2 计数，就能算出转速；
• 比如接红外传感器：传感器检测到物体时发脉冲，定时器计数就能统计物体经过的数量。

3. 与 "外部时钟模式 1" 的区别

外部时钟模式 1 是用TIMx_CHx引脚（通道引脚）输入信号，而模式 2 是用专属的TIMx_ETR引脚，ETR 引脚的滤波、分频功能更灵活，抗干扰能力更强

"外部时钟模式 1"：

1. TIMx_ETR引脚：定时器的专属外部触发引脚（比如 TIM2 的 ETR 对应 PA0）；
2. ITR0~ITR3：来自其他定时器的内部触发信号（比如 ITR1 可以接 TIM1 的触发输出）
3. TI1F_ED：TIMx_CH1的边沿（也就是下方TIMx_CH1通过边沿到TI1F_ED，这个无论是上升沿还是下降沿都是可以的)
4. TI1FP1,TI2FP2:TIMx_CH1,TIMx_CH2的引脚

输出比较电路：可以用于PWM波形，驱动电机

输入捕获电路：测输入方波频率

高级计数器

其实高级电路也就是比通用电路多了上面几个地方的改动

1.REP寄存器：原本每达到一次周期就会进行UI，但是有了这个重复次数寄存器就可以设置几个周期进行一次UI，相当于对这个输出的更新信号又进行一次分频。原本计时器最大时间是59.65，现在乘以65536，那么时间就会变的很长了

解释一下：

无 REP 时的最大定时

之前算的 59.65s，是1 个计数周期的最大定时（预分频器、自动重装寄存器都设为 16 位最大值 65535）

高级定时器的 REP 寄存器的作用

REP 是 16 位寄存器，最大值是 65535（对应 "重复 65536 次"）。它的逻辑是：定时器每完成 1 次计数周期（从 0 数到自动重装值），REP 计数器减 1；直到 REP 减到 0，才触发最终的更新事件

所以最大定时时间会 "乘以 65536"

原本 1 个周期最大是 59.65s，加上 REP 重复 65536 次后：最大定时时间 = 59.65s × 65536 ≈ 59.65×6.55 万 ≈ 3908224 秒 ≈ 45 天

本质是：REP 让定时器 "连续重复多个计数周期"，相当于把定时时间 "拉长了 (REP+1) 倍"，所以原最大定时会乘以 REP 的最大倍数（65536）

我圈出的区域是高级定时器的 "刹车功能 + 死区生成" 模块，这是高级定时器特有的、用于电机驱动等场景的核心安全 / 控制功能，分两部分解释：

一、下方红色圈：刹车功能（BRK）

1. 核心组成

• 输入TIMx_BKIN：高级定时器的 "刹车引脚"（硬件安全输入口）；
• 极性选择：设置刹车信号的有效电平（高电平 / 低电平触发刹车）；
• 时钟失效事件：来自时钟安全系统（CSS）的信号（若定时器时钟故障，也会触发刹车）。

2. 功能作用

"刹车" 是紧急停止功能 ：当TIMx_BKIN引脚收到有效信号（或时钟失效）时，会立即切断定时器的 PWM 输出（比如让OC1~OC4输出强制变高 / 变低），同时冻结计数器。

• 典型场景：电机驱动中，遇到过流、急停按钮按下等危险情况时，通过刹车功能快速关闭 PWM，防止硬件损坏。

二、右侧红色圈：死区生成（DTG）

1. 核心组成

• DTG 寄存器：存储 "死区时间" 的配置值；
• DTG 模块：根据寄存器值，在 PWM 信号中插入 "死区"；
• 互补输出（TIMx_CHxN） ：高级定时器支持 "主通道（CHx）+ 互补通道（CHxN）" 的成对输出（比如CH1和CH1N）。

2. 功能作用

"死区" 是在互补 PWM 的高低电平切换之间插入的一段 "无输出" 时间：

• 比如电机的 H 桥驱动中，CH1控制上桥臂 MOS 管、CH1N控制下桥臂 MOS 管；如果两者同时导通，会导致电源短路
• 死区生成模块会让 "上桥臂关闭后，延迟一小段时间（死区），再打开下桥臂"，反之同理，避免上下桥臂同时导通

总结

你圈出的区域是高级定时器适配 ** 功率器件驱动（如电机、逆变器）** 的关键功能：

• 刹车功能→紧急安全保护；
• 死区生成→避免功率器件短路

溢出频率还有计数频率

CK_CNT = CK_PSC / (PSC + 1)

计数器的计数频率（CK_CNT） = 预分频器输入频率（CK_PSC） ÷ 分频系数(PSC + 1)

1 个溢出周期（完成从 0 计数到目标值的时间）的时间 = 计数次数 ÷ 计数频率 = (ARR + 1) / CK_CNT

溢出频率：CK_CNT_OV = 1 / 周期时间 = CK_CNT / (ARR + 1)

把上面的**CK_CNT = CK_PSC / (PSC + 1)带入**

得到（溢出频率）CK_CNT_OV = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)

溢出频率的核心作用是直接对应 "定时器的定时 / 触发节奏"，是定时器实际功能落地的关键指标，具体用处可以分场景看：

1. 实现 "精准定时任务"

溢出频率对应 "定时中断的频率"：比如溢出频率是 1000Hz，就意味着每 1ms 触发一次定时中断

（溢出频率对应 "定时中断的频率"：当溢出频率是 1000Hz 时，意味着 "1 秒钟内定时器溢出 1000 次"，那么每次溢出的时间间隔就是：1秒 ÷ 1000次 = 0.001秒 = 1ms而定时中断的触发逻辑是：定时器每溢出一次，就会触发一次定时中断。所以溢出频率（1000Hz）就对应了 "每 1ms 触发一次定时中断"）

• 典型场景：在中断里实现 "毫秒级延时""定时采集传感器数据""周期性刷新 OLED 显示" 等。

2. 控制 PWM 波的频率

对于输出 PWM 的场景，PWM 的频率等于定时器的溢出频率（因为 PWM 的一个周期对应定时器的一次溢出）。

• 比如电机控制中，需要 50Hz 的 PWM（舵机常用频率），就可以通过配置PSC和ARR，让溢出频率等于 50Hz。

3. 同步外设动作

溢出时产生的TRGO触发信号（之前讲过的主模式触发），其频率就是溢出频率。

• 比如让 ADC 按溢出频率定时采样，或者让 DAC 按这个频率更新波形数据，实现 "外设间的精准同步"。

4. 计算实际定时时间

知道溢出频率后，反过来可以算出单次定时的时间 ：定时时间 = 1 / 溢出频率

• 比如溢出频率是 100Hz，定时时间就是 10ms；溢出频率是 1Hz，定时时间就是 1 秒。

"计数器无预装时序" 对应的是定时器中自动重装寄存器（ARR）的 "无预装载模式" ，核心是理解ARPE位（自动重装预装载使能位）的作用，下面分细节讲：

1. 先明确核心概念："预装载寄存器"

定时器的ARR（自动重装寄存器）实际是 **"影子寄存器 + 预装载寄存器"** 的结构：

• 预装载寄存器：是你写配置值的 "缓冲寄存器"；
• 影子寄存器：是实际参与计数器计数比较的 "工作寄存器"

2. ARPE=0：无预装载模式（你图中对应的场景）

当ARPE位配置为 0 时，预装载寄存器被关闭 ------ 你写入ARR的数值会立即同步到影子寄存器，不需要等 "更新事件"（计数器溢出）

3. 无预装的时序特点（对应图 105 的逻辑）

以 "修改ARR值" 为例，时序流程是：

1. 你通过代码向ARR写入新值；
2. 新值立刻直接更新到影子寄存器
3. 计数器下一个计数周期，就会用这个新的ARR值作为计数目标

4. 无预装模式的优缺点

• 优点 ：修改ARR后生效速度快，适合需要 "立即改变定时周期" 的场景；
• 缺点 ：如果在计数器计数过程中修改ARR，可能导致 "半个周期" 的异常（比如原本要计数到 100，中途改成 50，计数器会直接从当前值开始往 50 计数，破坏原有的周期节奏）。

对比：ARPE=1（有预装载模式）

当ARPE=1时，写入ARR的新值会先存在预装载寄存器，等下一次 "更新事件"（计数器溢出）发生时，才同步到影子寄存器生效------ 这种模式能保证周期的完整性，但生效有延迟

总结："无预装时序" 是ARPE=0时的工作方式，核心是ARR配置值 "立即生效"，适合对实时性要求高但可以接受周期波动的场景。

RCC时钟树

左边的时钟产生电路

一、顶部模块：内部高速时钟（HSI）电路

• 8MHZ HSI RC：内部 8MHz 的 RC 振荡器（无需外部晶振，芯片上电就能用）；
• /2 分频：可选将 HSI 分频为 4MHz 后输出；
• 作用：作为默认系统时钟（芯片刚上电时，还没配置外部晶振时用它），或作为 PLL 的输入源之一。

二、中间模块：锁相环（PLL）倍频电路

• PLLSRC：选择 PLL 的输入源（可以选 HSI/2，或外部高速时钟 HSE）；
• PLLMUL：倍频器（支持 ×2、×3...×16 等倍数）；
• PLLCLK：PLL 输出时钟（比如选 HSI/2（4MHz）×16 → 输出 64MHz；选 HSE（8MHz）×9 → 输出 72MHz）；
• 作用：将低频时钟（HSI/HSE）倍频到系统最大时钟（72MHz），给 CPU、内存等核心部件提供高速时钟。

三、右侧模块：系统时钟选择（SW）电路

• SW ：选择最终的系统时钟（SYSCLK）来源，可选：
  1. HSI（内部 8MHz）；
  2. PLLCLK（PLL 倍频后的时钟）；
  3. HSE（外部高速时钟）；
• CSS：时钟安全系统（若当前系统时钟故障，自动切回 HSI，保证芯片不宕机）；
• 作用：决定整个芯片的核心工作频率（比如选 PLLCLK=72MHz，芯片就以 72MHz 运行）。

四、底部模块：外部 / 内部低速时钟电路

• HSE OSC：外部高速晶振（4-16MHz，接 OSC_IN/OSC_OUT 引脚），比 HSI（内部时钟） 更稳定，但是如果要求不大就可以选择内部时钟；
• LSE OSC：外部低速晶振（32.768kHz，给 RTC 提供精准的实时时钟）；
• LSI RC：内部 40kHz 低速 RC 振荡器（给独立看门狗 IWDG 提供时钟）；
• 作用：提供稳定的外部时钟 （HSE）或专用低速时钟（LSE/LSI），适配不同外设需求。

看完后我们可以分析一个问题就是为什么外部时钟如果出现问题，为什么时钟好像慢了10倍

要理解 "外部时钟故障后系统时钟变慢 10 倍" 的现象，核心是STM32 的时钟安全系统（CSS）的 "故障降级机制"，：

通常我们会将系统时钟配置为：外部高速时钟HSE（比如 8MHz 晶振）→ 送入 PLL 倍频 ×9 → 输出PLLCLK=72MHz → 作为SYSCLK（系统时钟）

当HSE出现故障（比如晶振损坏、接触不良），时钟安全系统（CSS）会立即触发 "时钟切换"：

自动将系统时钟SYSCLK从PLLCLK切回内部高速时钟HSI（8Hz）

因为 PLL 的输入源默认是HSE（故障后 PLL 会停止工作），CSS 的逻辑是 "快速切换到稳定的内部时钟"，而不是重新配置 PLL（避免故障时的复杂操作），所以直接用 HSI 的原始频率（8MHz）作为系统时钟

右边的时钟分配电路

其实就是所有时钟都是72MHz，然后输出。这里没什么要懂的，可以条跳过了