4. 定时器基础：SysTick定时器、基本定时器、通用定时器、HAL_TIM_Base驱动详解

定时器，说白了就是单片机的“心跳”。没有它，很多时序相关的活儿都干不了。我刚开始用STM32时，总觉得定时器就是用来计时的，后来才发现它的玩法远不止这些——PWM、输入捕获、编码器接口，全都离不开它。

这一章，咱们先把定时器的“根”扎牢。从最简单的SysTick，到基本定时器，再到通用定时器，最后把HAL库的定时器驱动框架捋一遍。你想想看，搞懂了这些，后面做PWM和捕获就轻松多了。

4.1 定时器家族概览

STM32的定时器分好几类，功能从简到繁。我整理了一张表，方便你对照着看：

嗯，这里要注意：基本定时器没有外部引脚，所以不能直接输出PWM。我见过有人拿TIM6去接LED，折腾半天没反应——其实就是选错定时器了。

4.2 SysTick定时器——系统的心跳

SysTick是Cortex-M内核自带的定时器，24位递减，溢出后自动重装。它不依赖外设时钟树，所以用起来特别简单。

我个人习惯用SysTick做精确延时，尤其是HAL_Delay()这个函数，底层就是靠它实现的。你看它的工作流程：

1. 设置重装载值（通常为系统时钟的千分之一）
2. 使能计数器，开始递减
3. 减到0时触发SysTick中断
4. 中断服务函数里累加一个全局变量
5. HAL_Delay()不断查询这个变量，直到达到目标值

代码其实很简单，但有个坑：HAL_Delay()是阻塞的，如果在中断里调用它，整个系统就卡死了。我曾经在串口中断里调了HAL_Delay(10)，结果程序直接跑飞，查了半天才发现是这个问题。

SysTick的配置通常在HAL_Init()里就完成了，你不需要手动操作。但如果想自己控制，可以这样写：

// 配置SysTick每1ms中断一次（假设系统时钟72MHz）
HAL_SYSTICK_Config(SystemCoreClock / 1000);
HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);
HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);

4.3 基本定时器——最简单的硬件定时

基本定时器（TIM6、TIM7）只有向上计数模式，没有外部引脚，所以不能做PWM或捕获。它的核心就是一个16位计数器，加上预分频器和自动重装载寄存器。

为什么需要它？因为SysTick虽然方便，但精度有限，而且被HAL库占用了。如果你需要多个独立的定时任务，基本定时器就是最好的选择。

它的工作原理是这样的：

• 时钟源经过预分频器（PSC）分频后，驱动计数器（CNT）递增
• CNT的值与自动重装载寄存器（ARR）比较
• 相等时，计数器清零，触发更新事件（UEV）
• 如果使能了中断，就会进入中断服务函数

举个例子，你想让TIM6每100ms触发一次中断：

// 假设TIM6时钟为72MHz
// 预分频器设为7200-1，得到10kHz的计数频率
// 自动重装载设为1000-1，得到10Hz（100ms）的更新事件

htim6.Instance = TIM6;
htim6.Init.Prescaler = 7200 - 1;
htim6.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim6.Init.Period = 1000 - 1;
htim6.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
HAL_TIM_Base_Init(&htim6);
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6);

4.4 通用定时器——功能最丰富

通用定时器（TIM2~TIM5）是STM32定时器的“主力军”。它比基本定时器多了几个关键功能：

• 多种计数模式：向上、向下、中央对齐
• 捕获/比较通道：每个定时器有4个通道，可以独立配置
• 外部触发：可以用外部信号控制定时器启停
• 编码器接口：直接读取正交编码器信号

我个人觉得，通用定时器最常用的就是PWM输出和输入捕获。这两个功能后面会单独讲，这里先看它的基础配置。

通用定时器的时钟源比基本定时器复杂一些。它可以选择内部时钟（CK_INT）、外部时钟模式1/2、或者从其他定时器级联。我画了一张图，帮你理清时钟路径：

配置通用定时器时，除了PSC和ARR，还要选择计数模式。向上计数最常用，中央对齐模式适合需要对称PWM的场景。我一般这样配置：

htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 7200 - 1;      // 72MHz / 7200 = 10kHz
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim2.Init.Period = 5000 - 1;         // 10kHz / 5000 = 2Hz
htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
HAL_TIM_Base_Init(&htim2);
HAL_TIM_Base_Start(&htim2);           // 启动但不使能中断

4.5 HAL_TIM_Base驱动详解

HAL库把定时器的操作封装成了几个核心函数。我按使用场景把它们分成了三组：

这里有个细节：HAL_TIM_Base_Start()和HAL_TIM_Base_Start_IT()的区别，就在于是否使能中断。如果你只是想让定时器跑起来，用前者就够了。需要定时触发回调函数时，才用后者。

中断回调函数的名字是固定的：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM2)
    {
        // 定时器2的更新中断处理
        // 比如翻转一个LED
        HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
    }
}

嗯，这里要注意：这个回调函数是弱定义的，你需要在用户代码里重新实现它。而且所有定时器的更新中断都走同一个回调，所以要用htim指针区分是哪个定时器触发的。

4.6 定时器配置的常见陷阱

做项目这么多年，我总结了几条定时器配置的“血泪教训”：

• 预分频器值要减1：PSC寄存器的值是分频系数减1，ARR也一样。这个最容易忘。
• 时钟源要确认：APB1和APB2的时钟频率可能不同，TIM2~TIM7挂在APB1上，TIM1和TIM8挂在APB2上。查数据手册确认。
• 自动重装载预装载：使能后，ARR的值会在更新事件发生时才生效，而不是立即生效。这在动态调整频率时特别重要。
• 中断优先级：定时器中断的优先级不要设得太高，否则会抢占其他关键中断。我一般设到中等优先级。

举个例子，有一次我调试一个电机控制项目，PWM频率总是不对。查了半天，发现是APB1的时钟配置错了——我以为它是72MHz，实际只有36MHz。嗯，从那以后我每次都会先打印SystemCoreClock的值确认一下。

4.7 实战：用基本定时器实现多路软件定时

最后，咱们来个小实战。用TIM6实现一个软件定时器，支持多路定时任务：

// 定义软件定时器结构
typedef struct {
    uint32_t interval;    // 定时周期（ms）
    uint32_t counter;     // 当前计数值
    uint8_t flag;         // 超时标志
} SoftTimer_t;

SoftTimer_t timer1 = {100, 0, 0};  // 100ms定时
SoftTimer_t timer2 = {500, 0, 0};  // 500ms定时

// TIM6中断回调
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM6)
    {
        // 更新所有软件定时器
        timer1.counter++;
        if (timer1.counter >= timer1.interval)
        {
            timer1.counter = 0;
            timer1.flag = 1;
        }

        timer2.counter++;
        if (timer2.counter >= timer2.interval)
        {
            timer2.counter = 0;
            timer2.flag = 1;
        }
    }
}

// 主循环中查询
while (1)
{
    if (timer1.flag)
    {
        timer1.flag = 0;
        // 执行100ms任务
        HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin);
    }

    if (timer2.flag)
    {
        timer2.flag = 0;
        // 执行500ms任务
        HAL_GPIO_TogglePin(LED2_GPIO_Port, LED2_Pin);
    }
}

这个思路很实用。你想想看，一个定时器就能管理N个定时任务，省资源又灵活。我在很多项目里都用这个模式，比如按键扫描、LED闪烁、传感器轮询，全都能搞定。

好了，定时器的基础就讲到这里。记住一句话：定时器是STM32外设的“时间轴”，搞懂了它，后面做PWM和捕获就是水到渠成的事。