📚 课程目录第4章 SPI总线协议核心原理

4. SPI总线协议核心原理

定时器，说白了就是STM32的“心跳节拍器”。我刚开始学STM32那会儿，总觉得定时器就是个计数的玩意儿，没啥技术含量。直到有一次做电机控制项目，PWM频率抖了一下，电机直接啸叫起来……嗯，从那以后我再也不敢小看定时器了。

这一章，咱们把STM32的定时器家族捋一遍，重点搞定基本定时器和PWM输出。你想想看，无论是LED呼吸灯、舵机控制，还是后面I2C/SPI通信中的时钟生成，都离不开定时器。

4.1 STM32定时器资源概览

STM32的定时器分三类：基本定时器、通用定时器、高级定时器。它们的关系，我用一张图给你讲清楚。

核心观点：三类定时器是“层层叠加”的关系——高级定时器包含通用定时器的全部功能，通用定时器又包含基本定时器的全部功能。

我个人习惯这样记：基本定时器就是“纯计时器”，通用定时器是“多功能瑞士军刀”，高级定时器是“电机控制专用核弹”。

特性	基本定时器	通用定时器	高级定时器
计数器位数	16位	16/32位	16位
计数模式	仅向上	向上/向下/中央对齐	向上/向下/中央对齐
PWM通道数	0	4	4（含互补输出）
输入捕获	无	有	有
死区插入	无	无	有
典型应用	定时中断、时基	PWM、脉冲测量	电机控制、逆变器

选型建议：做I2C/SPI通信的时钟延时，用基本定时器就够了。做LED呼吸灯或舵机控制，用通用定时器。做无刷电机FOC控制，才需要上高级定时器。别杀鸡用牛刀。

4.2 基本定时器配置实战

基本定时器，说白了就是一个“自动加1的计数器”。它从0开始，每来一个时钟脉冲就加1，加到预设值就归零，同时触发中断。我在项目中常用它来做“精确延时”和“周期性任务调度”。

4.2.1 基本定时器的工作原理

核心公式就一个：

定时时间 = (预分频值 + 1) × (自动重装载值 + 1) / 定时器时钟频率

举个例子：STM32F103的APB1时钟是36MHz，我想产生1ms的定时中断。

// 目标：1ms中断一次
// 时钟：36MHz = 36,000,000 Hz
// 预分频：36000-1 → 计数频率 = 36MHz / 36000 = 1KHz = 1ms
// 自动重装载：1000-1 → 计数1000次 = 1ms

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE);

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 36000 - 1;     // 预分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1;          // 自动重装载
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM6, &TIM_TimeBaseStructure);

TIM_ITConfig(TIM6, TIM_IT_Update, ENABLE);            // 使能更新中断
TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);                                // 启动定时器

我曾经踩过的坑：预分频值和自动重装载值都要减1！因为寄存器是从0开始计数的。我第一次写的时候忘了减1，结果定时时间整整多了一个时钟周期，排查了半小时才找到原因。

4.2.2 CubeMX配置步骤

用CubeMX配置基本定时器，其实就三步：

选择定时器：在Pinout视图的Timers里勾选TIM6或TIM7
设置参数：配置Prescaler和Counter Period
使能中断：在NVIC Settings里勾选TIM6 global interrupt

我个人习惯把预分频值设成“时钟频率/10000”，这样计数频率就是10KHz，自动重装载值直接写“定时时间(ms)×10”，算起来特别方便。

4.3 PWM输出配置与占空比调节

PWM，说白了就是“快速开关信号”。通过调节高电平占一个周期的时间比例（占空比），就能控制LED亮度、电机转速、舵机角度。我做过一个智能灯项目，用PWM调光，效果比模拟调压好太多了。

4.3.1 PWM的工作原理

通用定时器的PWM模式，核心是“比较匹配”机制：

计数器从0开始向上计数
当计数值 < 比较值（CCR）时，输出高电平
当计数值 ≥ 比较值（CCR）时，输出低电平
计数值达到自动重装载值（ARR）时，归零重新开始

你想想看，这不就是一个“锯齿波+阈值比较”的过程吗？

4.3.2 CubeMX配置PWM输出

以TIM2的通道1（PA0）输出50Hz、50%占空比的PWM为例：

选择定时器通道：在Pinout视图里找到TIM2，Channel1选PWM Generation CH1
配置参数：
- Prescaler: 720-1（72MHz/720=100KHz）
- Counter Period: 2000-1（100KHz/2000=50Hz）
- Pulse: 1000（50%占空比）
生成代码：CubeMX会自动生成初始化代码

生成的HAL代码长这样：

// 初始化代码（CubeMX自动生成）
TIM_HandleTypeDef htim2;

void MX_TIM2_Init(void)
{
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

    htim2.Instance = TIM2;
    htim2.Init.Prescaler = 720 - 1;
    htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim2.Init.Period = 2000 - 1;
    htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim2);

    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 1000;          // 初始占空比50%
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
}

// 启动PWM输出
HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);

4.3.3 动态调节占空比

运行时调节占空比，其实就是修改CCR寄存器的值。HAL库提供了现成的函数：

// 设置占空比为75%
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 1500);

// 或者用宏定义更清晰
#define PWM_PERIOD  2000
#define SET_DUTY(x) __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, (x))

// 呼吸灯效果示例
void breath_led(void)
{
    for(int duty = 0; duty < PWM_PERIOD; duty += 10)
    {
        SET_DUTY(duty);
        HAL_Delay(5);
    }
    for(int duty = PWM_PERIOD; duty > 0; duty -= 10)
    {
        SET_DUTY(duty);
        HAL_Delay(5);
    }
}

经验之谈：调节占空比时，注意不要超过ARR值。我曾经在调试时不小心把CCR设成了2500（ARR是1999），结果PWM波形直接乱掉了。建议加个限幅：duty = (duty > PWM_PERIOD) ? PWM_PERIOD : duty;

4.4 常见问题与避坑指南

问题1：PWM输出没波形

检查GPIO是否配置为复用功能（AF）
检查定时器时钟是否使能
检查是否调用了HAL_TIM_PWM_Start()

问题2：定时时间不准

确认系统时钟配置是否正确
预分频值和自动重装载值是否减1
中断优先级是否被更高优先级中断抢占

问题3：占空比调节不线性

检查PWM模式是PWM1还是PWM2（两者极性相反）
确认OCPolarity设置是否正确
如果负载是LED，人眼对亮度感知是对数的，需要做Gamma校正

嗯，定时器这块内容就这么多。说白了就是三个参数：预分频器决定计数速度，自动重装载决定周期，比较值决定占空比。掌握了这三个旋钮，你就能玩转STM32的定时器了。