📚 课程目录第4章 STM32 定时器与中断

4. STM32 定时器与中断：SysTick定时器、通用定时器配置、外部中断与优先级管理

定时器和中断，这俩东西在嵌入式里有多重要？我这么说吧，没有它们，你的单片机基本就是个“睁眼瞎”，只能傻乎乎地轮询，啥也干不了。这一章，咱们就把STM32的定时器和中断系统彻底捋一遍。我会结合自己做项目时踩过的坑，把SysTick、通用定时器、外部中断和优先级管理这些核心知识点，用最实在的方式讲给你听。

本章核心脉络：从“心跳”SysTick开始，到灵活可配的通用定时器，再到响应外部事件的NVIC中断系统。这三者构成了STM32时间管理与事件响应的基石。

4.1 SysTick定时器：系统的“心跳”

SysTick，说白了就是Cortex-M内核自带的一个24位递减计数器。它就像一个节拍器，给整个系统提供统一的时间基准。HAL库里的HAL_Delay()，还有各种超时判断，底层都是靠它。

我个人习惯，在项目一开始就把SysTick配置好。它的配置其实很简单，就是设置一个重装载值，然后让它每1ms中断一次。

// SysTick 配置示例（HAL库通常自动完成，但你要理解）
// 假设系统时钟 HCLK = 72MHz
// 重装载值 = 72000000 / 1000 = 72000
// 这样每计数 72000 次，就是 1ms

SysTick_Config(72000);  // 配置并启动SysTick，使能中断

我的经验：SysTick的中断优先级，我通常设置为最低（15）。因为它是系统时基，不应该打断其他更紧急的中断。如果你把SysTick优先级设高了，万一它卡住了，整个系统的延时和超时都会乱套。

4.2 通用定时器：不只是计时

通用定时器（TIMx）比SysTick灵活得多。它有多种工作模式：定时、PWM输出、输入捕获、编码器接口等等。咱们做LoRa通信和GPS驱动，主要用它的PWM和计时功能。

配置一个通用定时器，核心就是三步：时钟源、预分频器、自动重装载寄存器。

参数	说明	示例值
时钟源	通常选择内部时钟（CK_INT）	72 MHz
预分频器 (PSC)	将时钟分频，降低计数频率	71（分频后为1 MHz）
自动重装载 (ARR)	计数值达到此值后溢出/更新	999（产生1 kHz的更新事件）

举个例子，我想让TIM2产生一个1kHz的定时中断，配置如下：

// 定时器配置代码片段
TIM_HandleTypeDef htim2;

htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 71;         // 72MHz / (71+1) = 1MHz
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim2.Init.Period = 999;           // 1MHz / (999+1) = 1kHz
htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
HAL_TIM_Base_Init(&htim2);
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);     // 启动并使能中断

注意：预分频器和自动重装载的值都是“实际值-1”。比如你想分频72倍，PSC就写71。这个坑我刚开始学的时候踩过好几次，计数器从0开始计，所以最大值是ARR，而不是ARR+1。

4.3 外部中断 (EXTI)：响应外部事件

外部中断，就是让单片机能够“感知”到外部引脚电平的变化。比如按键按下、GPS模块的PPS脉冲、LoRa模块的DIO中断引脚，都需要用到EXTI。

配置EXTI的步骤，我总结为四步：

配置GPIO：设置为输入模式，并选择上下拉。
连接EXTI线：将GPIO引脚连接到对应的EXTI线（比如PA0连接到EXTI0）。
配置触发方式：上升沿、下降沿，或者双边沿触发。
使能中断并编写服务函数：在NVIC中使能对应的中断通道，然后编写中断处理函数。

// 外部中断配置示例（以PA0为例，下降沿触发）
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();      // 使能GPIOA时钟
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING; // 下降沿触发中断
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;          // 内部上拉
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

// 使能中断线
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 1, 0);      // 设置抢占优先级1，子优先级0
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);              // 使能中断

中断服务函数怎么写？HAL库已经帮我们封装好了。你只需要在对应的回调函数里添加你的逻辑：

// 中断服务函数（在stm32f1xx_it.c中）
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);
}

// 回调函数（在你自己的代码中）
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0)
    {
        // 按键被按下，执行你的操作
        // 比如：切换LED状态，或者唤醒LoRa模块
    }
}

避坑指南：我曾经在一个项目里，把外部中断的回调函数写得特别长，里面还调用了HAL_Delay()。结果一按按键，系统就卡死。后来才意识到，中断服务函数里要“快进快出”，千万别做延时、打印这种耗时操作。正确的做法是设置一个标志位，然后在主循环里处理。

4.4 中断优先级管理：NVIC的规则

STM32的中断优先级管理，用的是NVIC（嵌套向量中断控制器）。它支持最多16级抢占优先级和16级子优先级（具体看芯片型号）。

优先级分组，说白了就是决定用多少位来表示抢占优先级，多少位来表示子优先级。HAL库默认使用4位抢占优先级，0位子优先级（即分组4）。

优先级分组	抢占优先级位数	子优先级位数	说明
NVIC_PRIORITYGROUP_0	0	4	只有子优先级，无法嵌套
NVIC_PRIORITYGROUP_1	1	3	2级抢占，8级子优先级
NVIC_PRIORITYGROUP_2	2	2	4级抢占，4级子优先级
NVIC_PRIORITYGROUP_3	3	1	8级抢占，2级子优先级
NVIC_PRIORITYGROUP_4	4	0	16级抢占，无子优先级（HAL默认）

优先级数值越小，优先级越高。所以0是最高优先级，15是最低。

重要：整个系统中，优先级分组只能设置一次！一般在系统初始化时调用HAL_NVIC_SetPriorityGrouping()设置。中途更改会导致优先级混乱，我见过有人因为这个bug查了一整天。

我的优先级分配原则很简单：

时间关键的中断（如通信超时、电机控制）→ 高优先级（0-3）
数据接收中断（如UART、SPI）→ 中等优先级（4-7）
外部按键中断 → 较低优先级（8-11）
SysTick和通用定时器 → 最低优先级（12-15）

你想想看，如果按键中断的优先级比通信超时还高，那在传输关键数据时，按一下键就可能把数据包搞丢。这在实际产品中是不能接受的。

嗯，这一章的内容就这些。定时器和中断是STM32开发的“基本功”，练好了，后面的LoRa和GPS驱动才能写得顺手。记住，多动手配置，多想想为什么这么配，慢慢就有感觉了。