4. 定时器中断：定时器的工作原理、定时器中断的配置、定时器中断实现精确延时

各位同学，今天我们来聊聊单片机开发里最常用的外设之一——定时器。说它常用，是因为几乎每个嵌入式项目都离不开它。我刚开始做项目时，总觉得定时器就是“数数”，后来踩了不少坑才明白，这里面的门道其实挺深的。

4.1 定时器的工作原理

定时器，说白了就是一个会自己加1的计数器。它内部有一个寄存器，每来一个时钟脉冲，这个寄存器的值就加1。当它加到最大值（比如16位定时器就是65535）时，再+1就会溢出，回到0重新开始。

这个“溢出”事件，就是定时器中断的触发源。

我画了一张图，帮你理清定时器的工作流程：

定时器的核心公式就一个：

其中：

• ARR：自动重装载寄存器，决定计数上限
• PSC：预分频器，把时钟频率降下来
• 定时器时钟频率：通常来自系统时钟或专门的定时器时钟

举个例子，如果系统时钟是72MHz，你想产生1ms的定时中断：

• 先设置PSC=71，把72MHz分频成1MHz（每1us计数一次）
• 再设置ARR=999，计数1000次就是1ms

嗯，这里要注意：预分频器是16位的，最大只能到65535。如果你需要更长的定时，就得用软件计数器再累加。

4.2 定时器中断的配置

配置定时器中断，我习惯按下面这几步来走。每一步都有它的道理，别跳步骤。

步骤	操作	说明
1	使能定时器时钟	RCC_APB1PeriphClockCmd() 或类似函数
2	配置预分频器 (PSC)	决定计数时钟频率
3	配置自动重装载值 (ARR)	决定溢出周期
4	配置计数模式	向上/向下/中央对齐
5	使能更新中断	TIM_IT_Update
6	配置NVIC优先级	设置抢占优先级和子优先级
7	使能定时器	TIM_Cmd() 启动计数
8	编写中断服务函数	处理溢出事件

下面是一个完整的配置代码示例，基于STM32标准库：

// 定时器中断配置 - 1ms中断一次
void TIM2_Init(void)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 1. 使能定时器时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    // 2. 配置定时器基础参数
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;        // PSC = 71
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // 向上计数
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;          // ARR = 999
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; // 高级定时器才用
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 3. 使能更新中断
    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

    // 4. 配置NVIC
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    // 5. 使能定时器
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

// 中断服务函数
void TIM2_IRQHandler(void)
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        // 清除中断标志位
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);

        // 用户代码：每1ms执行一次
        // 比如：软件计数器累加、LED闪烁、ADC采样等
    }
}

4.3 定时器中断实现精确延时

用定时器中断做延时，比软件延时（比如for循环空转）靠谱多了。软件延时受编译器优化、中断干扰影响很大，而定时器是硬件在跑，不受这些因素干扰。

我常用的方法有两种：

方法一：查询标志位法

这种方法适合短延时，不需要中断服务函数：

// 微秒级延时 - 查询方式
void delay_us(uint32_t us)
{
    TIM_SetCounter(TIM2, 0);          // 计数器清零
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);            // 启动定时器

    while (TIM_GetCounter(TIM2) < us); // 等待计数到目标值

    TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);           // 停止定时器
}

不过要注意，这种方法会阻塞CPU，不适合在中断里调用。

方法二：中断累加法

这种方法适合长延时，不阻塞CPU：

volatile uint32_t g_tick_ms = 0;  // 全局毫秒计数器

// 1ms中断服务函数
void TIM2_IRQHandler(void)
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
        g_tick_ms++;  // 每1ms加1
    }
}

// 毫秒级延时函数
void delay_ms(uint32_t ms)
{
    uint32_t start = g_tick_ms;
    while ((g_tick_ms - start) < ms);  // 非阻塞等待
}

你想想看，用这种方法，主程序可以同时做其他事情，延时到了自然就知道。这就是“非阻塞延时”的思想。

4.4 常见问题与避坑指南

做定时器中断开发，有几个地方特别容易出问题：

• 中断标志位没清除：会导致一直进中断，系统卡死。每次进中断第一件事就是清标志。
• 预分频器配置错误：PSC和ARR都是16位的，别超范围。我见过有人把PSC设成100000，结果定时器根本不工作。
• 中断优先级冲突：多个中断共用优先级时，可能出现响应延迟。建议把定时器中断优先级设高一些。
• 变量类型溢出：g_tick_ms用uint32_t，能跑49天不溢出。如果项目需要长期运行，记得处理溢出情况。