第3章 定时器详解：SysTick、基本定时器、PWM输出、输入捕获
定时器这东西，说白了就是单片机的「心跳」。我刚开始做嵌入式那会儿，总觉得定时器不就是计个数嘛，有啥好研究的？直到有一次做电机控制项目，PWM频率算错了，电机嗡嗡响就是不转……嗯，从那以后我老老实实把STM32的定时器家族捋了一遍。
这一章，咱们把四种最常用的定时器模式讲透：SysTick、基本定时器、PWM输出、输入捕获。你学完就能自己搭一个精准的定时框架。
3.1 SysTick：系统的心脏起搏器
SysTick是Cortex-M内核自带的24位递减计数器。它不依赖任何外设时钟树，内核上电它就存在。我个人习惯把SysTick叫做「系统的心跳」——FreeRTOS的任务调度、HAL_Delay()、各种超时检测，全指着它。
配置SysTick其实就三步：
- 设置重装载值（LOAD寄存器）
- 清除当前计数值（VAL寄存器写0）
- 使能中断并启动计数器
重装载值怎么算？公式很简单：
重装载值 = (系统时钟频率 / 目标中断频率) - 1
// 举例：HCLK=72MHz，想要1ms中断一次
// 72,000,000 / 1000 - 1 = 71999
SysTick->LOAD = 71999;
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL = 0x07; // 使能 + 中断使能 + 使用HCLK为什么减1？因为计数器从LOAD值减到0，一共是LOAD+1个时钟周期。这个坑我踩过——第一次写的时候没减1，结果中断频率快了0.0014%，虽然不大，但做精准时间同步时就露馅了。
3.2 基本定时器：精准延时的底气
基本定时器（TIM6/TIM7）是STM32定时器家族里最「单纯」的成员——只有向上计数，没有外部引脚，没有PWM，没有捕获。但它有一个绝活：16位自动重装载+16位可编程预分频器。
预分频器是个好东西。它可以把计数器时钟再分一次，让你在低频场景下也能用上定时器。举个例子：
// 配置TIM6，产生1Hz中断
// 假设APB1时钟=36MHz
TIM6->PSC = 35999; // 预分频：36MHz / (35999+1) = 1kHz
TIM6->ARR = 999; // 自动重装载：1kHz / (999+1) = 1Hz
TIM6->CR1 |= TIM_CR1_CEN; // 启动这里有个细节：预分频器是缓冲型的。你写PSC寄存器后，它不会立刻生效，要等到当前计数周期结束才更新。我刚开始不知道这个，调试时发现频率不对，查了半天手册……
| 定时器类型 | 计数器位数 | 预分频器 | 外部引脚 | 典型用途 |
|---|---|---|---|---|
| SysTick | 24位 | 无（固定HCLK） | 无 | RTOS心跳、HAL_Delay |
| 基本定时器 | 16位 | 16位可编程 | 无 | 精准延时、时基生成 |
| 通用定时器 | 16位 | 16位可编程 | 有（4通道） | PWM、输入捕获、编码器 |
| 高级定时器 | 16位 | 16位可编程 | 有（带互补输出） | 电机控制、三相PWM |
3.3 PWM输出：让硬件帮你干活
PWM输出，说白了就是让定时器在某个比较值处翻转电平。你想想看，如果让CPU用GPIO翻转来做PWM，频率稍微高一点CPU就啥也干不了了。而硬件PWM——配置好之后，CPU可以睡觉，PWM自己跑。
配置PWM的核心是三个寄存器：
- ARR（自动重装载）：决定PWM周期
- CCR（捕获/比较）：决定占空比
- CCER（捕获/比较使能）：决定输出极性
占空比的计算：占空比 = CCR / (ARR + 1) × 100%
// 配置TIM2_CH1输出50Hz PWM，占空比50%
// APB1时钟=36MHz，预分频后得到1kHz的计数器时钟
TIM2->PSC = 35999; // 36MHz / 36000 = 1kHz
TIM2->ARR = 19; // 1kHz / 20 = 50Hz
TIM2->CCR1 = 9; // 占空比 = 10/20 = 50%
// 配置通道1为PWM1模式（向上计数时，CNT<CCR输出有效）
TIM2->CCMR1 |= (6 << 4); // OC1M = 110 (PWM模式1)
TIM2->CCER |= TIM_CCER_CC1E; // 使能输出
TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN; // 启动定时器PWM频率和分辨率是矛盾的。举个例子：
- 想要20kHz的PWM（电机控制常用），ARR=1800（72MHz/40000-1），分辨率约11位
- 想要1kHz的PWM（LED调光常用），ARR=71999，分辨率约16位
分辨率越高，调光越细腻。但电机控制需要高频率来降低噪音——这就是个取舍。
3.4 输入捕获：测量外部信号的脉搏
输入捕获，就是定时器「偷看」外部信号的能力。当检测到指定的边沿（上升沿或下降沿）时，定时器会把当前CNT的值「咔嚓」一下锁存到CCR寄存器里。你连续捕获两次，一减，就知道信号的周期了。
测量频率的标准流程：
- 配置通道为输入捕获模式，选择上升沿触发
- 使能捕获中断
- 第一次捕获：记录CCR1值
- 第二次捕获：记录CCR2值，计算差值
- 频率 = 定时器时钟 / 差值
// 配置TIM3_CH1为输入捕获，上升沿触发
TIM3->CCMR1 |= TIM_CCMR1_CC1S_0; // CC1通道配置为输入
TIM3->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_IC1F; // 不滤波
TIM3->CCER |= TIM_CCER_CC1P; // 上升沿触发（注意：CC1P=0是上升沿）
TIM3->DIER |= TIM_DIER_CC1IE; // 使能捕获中断
TIM3->CR1 |= TIM_CR1_CEN; // 启动
// 中断服务函数中
void TIM3_IRQHandler(void) {
if(TIM3->SR & TIM_SR_CC1IF) {
uint16_t capture = TIM3->CCR1;
// 计算与上一次捕获的差值
// 注意处理计数器溢出
TIM3->SR = ~TIM_SR_CC1IF; // 清除标志
}
}测量脉宽（占空比）需要两个边沿：
- 配置通道捕获上升沿，记录T1
- 切换边沿极性，捕获下降沿，记录T2
- 高电平时间 = T2 - T1
或者用两个通道：一个捕获上升沿，一个捕获下降沿。我个人喜欢用后者，省去切换极性的麻烦。
3.5 定时器中断优先级：别让RTOS饿死
最后聊一个容易被忽略的问题：中断优先级。SysTick的优先级在FreeRTOS里是固定的——configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY。但其他定时器的优先级你得自己配。
我的原则是：
- SysTick：最高优先级（FreeRTOS调度依赖它）
- PWM相关中断：中等优先级（占空比更新不及时最多波形抖一下）
- 输入捕获：较高优先级（丢失边沿等于丢失数据）
配置优先级用HAL库的HAL_NVIC_SetPriority()，或者直接操作NVIC寄存器。记住：STM32只使用优先级寄存器的高4位，低4位是保留的。
// 设置TIM3中断优先级为5（0最高，15最低）
HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn, 5, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);