ESP32-S3开发教程6：硬件定时器

中断不仅能由GPIO触发，也可以由硬件定时器触发，接下来为大家演示：

一、新建工程

新建一个名为"timer"的工程并打开，如图所示：

二、完善CMake.txt与main.c文件

CMake.txt：

cpp 复制代码

idf_component_register(SRCS "main.c"
                    PRIV_REQUIRES driver freertos driver
                    INCLUDE_DIRS ".")

main.c：

cpp 复制代码

#include "driver/gptimer.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"

// ===================== 硬件参数配置 =====================
#define TIMER_FREQ_HZ      1000000  // 定时器时钟频率：1MHz
#define TIMER_PERIOD_MS    1000     // 定时周期：1000毫秒（1秒）
#define LED_PIN            GPIO_NUM_18  // LED引脚
#define GPTIMER_NUM        GPTIMER_NUM_0 // 使用0号GPTimer

// 全局变量：定时器句柄、信号量句柄
gptimer_handle_t gptimer = NULL;
SemaphoreHandle_t timer_sem = NULL;
int led_level = 0; // 本地变量维护电平，不依赖读取引脚

// ===================== 定时器中断回调函数 =====================
bool IRAM_ATTR gptimer_isr_callback(gptimer_handle_t timer, const gptimer_alarm_event_data_t *edata, void *user_data) {
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;

    // 检查信号量句柄有效性，释放信号量
    if (timer_sem != NULL) {
        xSemaphoreGiveFromISR(timer_sem, &xHigherPriorityTaskWoken);
    }

    portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
    return true;
}

// ===================== LED初始化 =====================
void led_hardware_init(void) {
    gpio_config_t gpio_conf = {
        .pin_bit_mask = 1ULL << LED_PIN,
        .mode = GPIO_MODE_OUTPUT,         // 输出模式
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_DISABLE,
        .pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE,
        .intr_type = GPIO_INTR_DISABLE
    };
    gpio_config(&gpio_conf);
    gpio_set_level(LED_PIN, 0); // 初始熄灭LED
}

// ===================== GPTimer初始化 =====================
void hardware_gptimer_init(void) {
    // 1. 定时器基础配置
    gptimer_config_t timer_config = {
        .clk_src = GPTIMER_CLK_SRC_APB,
        .direction = GPTIMER_COUNT_UP,
        .resolution_hz = TIMER_FREQ_HZ,
        .intr_priority = 0,
        .flags = {
            .intr_shared = false,
            .allow_pd = false
        }
    };
    gptimer_new_timer(&timer_config, &gptimer);

    // 2. 闹钟配置
    gptimer_alarm_config_t alarm_config = {
        .alarm_count = TIMER_PERIOD_MS * 1000, // 1秒 = 1000ms * 1000us/ms
        .reload_count = 0,
        .flags.auto_reload_on_alarm = true,
    };
    gptimer_set_alarm_action(gptimer, &alarm_config);

    // 3. 注册中断回调
    gptimer_event_callbacks_t cbs = {
        .on_alarm = gptimer_isr_callback,
    };
    gptimer_register_event_callbacks(gptimer, &cbs, NULL);

    // 4. 使能并启动定时器
    gptimer_enable(gptimer);
    gptimer_start(gptimer);
}

// ===================== 任务逻辑（翻转LED） =====================
void timer_task_handler(void* arg) {
    led_hardware_init();
    hardware_gptimer_init();

    while (1) {
        // 等待信号量
        if (xSemaphoreTake(timer_sem, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
            // 直接翻转本地变量
            led_level = !led_level;
            // 设置LED电平
            gpio_set_level(LED_PIN, led_level);
            // 打印翻转后的电平
            printf("LED电平翻转：%d\n", led_level);
        }
    }
}

// ===================== 主函数 =====================
void app_main(void) {
    // 创建二进制信号量
    timer_sem = xSemaphoreCreateBinary();

    // 创建任务
    xTaskCreate(
        timer_task_handler,
        "timer_task",
        4096,
        NULL,
        5,
        NULL
    );
}

接下来，我们来一一讲解。

这里我们使用的是ESP-IDF的5.5.2版本，此版本弃用了原先的timer，改用了gptimer，所以我们使用gptimer进行讲解。

三、硬件参数配置

cpp 复制代码

#define TIMER_FREQ_HZ      1000000  // 定时器时钟频率：1MHz
#define TIMER_PERIOD_MS    1000     // 定时周期：1000毫秒（1秒）
#define GPTIMER_NUM        GPTIMER_NUM_0 // 使用0号GPTimer

3.1 TIMER_FREQ_HZ

用于设置GPTimer定时器的技术分辨率（工作频率），单位是赫兹（Hz），决定了定时器"每计数一次"对应的实际时间长度。

1MHz白哦是定时器每计数一次，耗时1微秒。

3.2 TIMER_PERIOD_MS

设置定时周期，单位是毫秒，1000ms即为1s。

3.3 GPTIMER_NUM

指定ESP32-S3使用哪一个硬件GPTimer定时器，ESP32-S3内部拥有四个独立的GPTimer硬件定时器，0表示使用第一个。

四、定时器初始化函数

4.1 配置定时器基础参数

cpp 复制代码

    gptimer_config_t timer_config = {
        .clk_src = GPTIMER_CLK_SRC_APB,
        .direction = GPTIMER_COUNT_UP,
        .resolution_hz = TIMER_FREQ_HZ,
        .intr_priority = 0,
        .flags = {
            .intr_shared = false,
            .allow_pd = false
        }
    };
    gptimer_new_timer(&timer_config, &gptimer);

这里也是一个结构体，它的成员和我们的取值分别代表以下含义：

clk_src：配置为GPTIMER_CLK_SRC_APB，定时器的 "动力来源"：ESP32-S3 的 APB 总线时钟固定 80MHz，是最稳定的默认选择。
direction：配置为GPTIMER_COUNT_UP，计数方向：从 0 开始往上数。
resolution_hz：配置为我们宏定义好的TIMER_FREQ_HZ，代表计数精度。
intr_priority：配置为0，中断优先级由驱动自动分配。
flags.intr_shared：属于flags的成员，配置为false，代表中断不共享。
flags.allow_pd：属于flags的成员，配置为false，代表关闭睡眠省电优化，避免定时器数据丢失。

最后，使用gptimer_new_timer函数，创建定时器实例。第一个参数就是我们的结构体，第二个参数是定义的定时器句柄。

4.2 闹钟配置

"闹钟" 是定时器触发中断的核心：当定时器计数到alarm_count设定的数值时，就会触发一次中断；同时通过auto_reload设置，决定是否循环计数（实现周期性中断）。

cpp 复制代码

    gptimer_alarm_config_t alarm_config = {
        .alarm_count = TIMER_PERIOD_MS * 1000, // 1秒 = 1000ms * 1000us/ms
        .reload_count = 0,
        .flags.auto_reload_on_alarm = true,
    };
    gptimer_set_alarm_action(gptimer, &alarm_config);

结构体参数与取值如下：

alarm_count：取值为TIMER_PERIOD_MS*1000。我们之前定义的TIMER_PERIOD_MS为1000ms，同时计时器频率为1MHz，所以后面需要乘上1000。
reload_count：取值为0，中断触发后 "重新开始数" 的起点：设为 0 表示每次都从 0 开始。
flags.auto_reload_on_alarm：循环定时开关，设为true代表开启循环，触发中断后自动从 0 重新计数，实现 "1 秒触发一次" 的循环；设为false代表定时器只会触发一次中断就停止。

最后，使用gptimer_set_alarm_action完成配置，第一个参数是定时器句柄，第二个参数是时钟结构体。

4.3 注册中断回调

中断回调是 "中断的动作入口"：当定时器触发中断时，会自动调用我们指定的函数，实现 "中断通知任务（释放信号量）" 的核心逻辑。

cpp 复制代码

    gptimer_event_callbacks_t cbs = {
        .on_alarm = gptimer_isr_callback,
    };
    gptimer_register_event_callbacks(gptimer, &cbs, NULL);

这里的成员变量只有on_alarm一个，配置为gptimer_isr_callback，这个是函数名，代表了中断触发后要去找到这个gptimer_isr_callback函数执行。

最后，使用gptimer_register_event_callbacks完成配置，第一个参数是定时器句柄，第二个参数是回调结构体，第三个参数自定义参数，在这里填NULL即可。

4.4 使能并启动定时器

cpp 复制代码

    gptimer_enable(gptimer);
    gptimer_start(gptimer);

没什么好说的，就是字面意思。

五、中断回调函数与中断服务函数

这些内容与上节按键中断所讲差不多，这里就不再重复了。

六、编译、烧录、查看现象

点击编译：

点击烧录：

可以看到，LED在以一秒为间隔亮暗变化。

点击打开串口监视器，可以看到芯片一直在输出当前引脚的电平变化：