📚 课程目录第4章 GPIO驱动基础

4. GPIO驱动基础

定时器这东西，说白了就是单片机的“心跳”。没有它，很多时序控制都玩不转。CH32V307 的定时器资源挺丰富，通用定时器（TIM2~TIM5）是我们做工业控制最常用的。

我个人习惯，拿到一个新片子，先看它的定时器框图。别急着写代码，把硬件结构摸透了，后面调参才不慌。

4.1 通用定时器时基单元

时基单元是定时器的“心脏”。它决定了定时器怎么计数、什么时候溢出、什么时候触发中断。

核心组成：

预分频器（PSC）： 把系统时钟分频，降低计数频率。16位，可配置1~65536分频。
自动重装载寄存器（ARR）： 设定计数上限。16位，最大65535。
计数器（CNT）： 真正干活的寄存器，向上、向下、或中央对齐计数。

我在项目里遇到过一个问题：电机控制需要20kHz的PWM，但直接用72MHz时钟计数，ARR值太小，精度不够。后来把PSC设为72-1，计数频率降到1MHz，ARR设为50-1，刚好20kHz，分辨率也上去了。

时基单元的配置流程，我总结了一个口诀：“先时钟，再分频，后重载，清标志”。

// 时基单元初始化示例（TIM2）
void TIM2_Base_Init(void) {
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);  // 开时钟

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;             // 72MHz / (71+1) = 1MHz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;               // 1ms 中断周期
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);                 // 清更新标志
    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);            // 使能更新中断
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);                                // 启动定时器
}

小技巧： 预分频器是 PSC+1 分频，别算错了。我刚开始就犯过这个低级错误，查了半天。

4.2 PWM模式配置

PWM（脉宽调制）是定时器最常用的功能之一。CH32V307 的通用定时器支持两种PWM模式：模式1 和 模式2。

说白了，模式1是CNT小于CCR时输出有效电平，模式2则相反。我一般用模式1，符合直觉。

参数	说明	典型值
PSC	预分频，决定PWM频率	71（1MHz计数）
ARR	自动重装载，决定PWM周期	999（1kHz）
CCR	捕获比较值，决定占空比	0~999
Polarity	输出极性，高/低有效	高有效

配置PWM时，有个坑要注意：CCR值不能大于ARR。我曾经在调试舵机时，不小心把CCR设成了1200，而ARR只有999，结果输出一直满占空比，舵机直接打到极限位置，差点把机械结构搞坏。

// PWM模式配置示例（TIM2_CH1，PA0）
void TIM2_PWM_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    // PA0 复用推挽输出
    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);

    // 时基配置：1kHz
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    // PWM模式1，输出高有效
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;  // 50% 占空比
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

注意： 如果输出没有波形，先检查GPIO是否配置为复用功能。我见过太多人卡在这里。

4.3 呼吸灯实现

呼吸灯是PWM的经典应用。原理很简单：占空比从0逐渐增加到100%，再从100%逐渐减小到0，循环往复。

你想想看，人眼对亮度的变化不是线性的。所以直接线性改变CCR，看起来会感觉亮的时候变化快，暗的时候变化慢。我一般用指数曲线来补偿，效果更自然。

// 呼吸灯主循环
uint16_t brightness = 0;
uint8_t direction = 1;  // 1: 增加, 0: 减少

while (1) {
    TIM_SetCompare1(TIM2, brightness);

    if (direction) {
        brightness += 2;
        if (brightness >= 999) {
            brightness = 999;
            direction = 0;
        }
    } else {
        if (brightness <= 2) {
            brightness = 0;
            direction = 1;
        } else {
            brightness -= 2;
        }
    }

    Delay_Ms(5);  // 每5ms调整一次，控制呼吸速度
}

这段代码里，我用了 brightness += 2 而不是 += 1，是为了让呼吸节奏更快一些。实际项目中，你可以根据LED的亮度和人眼感知，调整步长和延时。

优化建议： 用定时器中断来更新CCR，而不是在主循环里死等。这样CPU可以干别的事，呼吸灯在后台自己跑。

4.4 知识体系总览

下面这张图，把定时器从时钟到输出的完整链路画出来了。你对照着看，思路会清晰很多。

4.5 避坑指南

做定时器开发，有几个坑我踩过，分享给你：

时钟没开： 定时器不工作，先查RCC时钟使能。我调试时经常忘了这步。
GPIO模式不对： PWM输出必须用复用推挽输出（AF_PP），普通推挽输出不行。
CCR溢出： CCR值不能超过ARR，否则输出会异常。
中断标志没清： 更新中断触发后，一定要在中断服务函数里清标志，否则会一直进中断。
预装载没使能： 修改ARR或CCR时，建议使能预装载功能，否则可能在计数周期中间生效，导致波形异常。

曾经有一次： 我在调试一个伺服驱动，PWM频率设成了20kHz，但电机就是抖。查了半天，发现是ARR和CCR的预装载没开，每次更新占空比时，波形会乱一个周期。开了预装载后，问题立刻解决。

嗯，定时器基础就讲到这里。你先把时基单元和PWM配置跑通，呼吸灯调到自己看着舒服的节奏。这些基础打牢了，后面做编码器接口、PWM捕获、步进电机控制，都会顺手很多。