📚 课程目录第4章定时器基础与PWM输出

4. 定时器基础与PWM输出：SysTick与HAL_Delay原理、通用定时器配置、PWM输出与呼吸灯实现、封装PWM驱动模块

定时器，说白了就是单片机的“心跳”。没有它，你连个精准的延时都做不了。我刚开始用STM32时，总觉得定时器就是用来计数的，后来才发现——它才是整个系统调度的基石。

这一章，咱们从最基础的SysTick讲起，再到通用定时器，最后用PWM做个呼吸灯。嗯，我会把项目中踩过的坑也一并告诉你。

4.1 SysTick与HAL_Delay原理

SysTick是Cortex-M内核自带的一个24位递减计数器。它只有一个任务——每1ms产生一次中断。HAL_Delay()就是靠它实现的。

核心流程：

SysTick每1ms减到0，触发中断
中断服务函数中，全局变量 uwTick 加1
HAL_Delay(ms) 不断读取 uwTick，直到差值达到ms

我曾经在项目里直接用HAL_Delay做按键消抖，结果系统卡死。为什么？因为HAL_Delay是阻塞的——它占着CPU不放。你想想看，如果中断里调了HAL_Delay，那整个系统就停摆了。

避坑指南：不要在中断服务函数里调用HAL_Delay()。我曾经因为这个让整个电机控制系统“死机”了3天。

4.2 通用定时器配置

通用定时器比SysTick灵活得多。它有多个通道、支持输入捕获、输出比较、PWM生成。我个人习惯用TIM2或TIM3做基础定时，因为它们挂在APB1上，时钟配置相对简单。

配置步骤其实就四步：

使能时钟：__HAL_RCC_TIMx_CLK_ENABLE()
设置分频与重装值：PSC和ARR
配置中断：HAL_NVIC_SetPriority() + HAL_NVIC_EnableIRQ()
启动定时器：HAL_TIM_Base_Start_IT()

这里有个关键公式：

定时频率 = 定时器时钟 / (PSC + 1) / (ARR + 1)

举个例子，如果APB1时钟是72MHz，想要1ms中断一次：

PSC = 71;  // 72MHz / (71+1) = 1MHz
ARR = 999; // 1MHz / (999+1) = 1kHz = 1ms

个人经验：PSC和ARR的值尽量用整数，避免浮点运算。我习惯先算PSC让计数器频率为1MHz，再算ARR得到目标周期。

4.3 PWM输出与呼吸灯实现

PWM，说白了就是快速开关信号，通过改变占空比来模拟不同电压。呼吸灯就是PWM占空比从0%慢慢变到100%，再变回来。

配置PWM的步骤：

初始化定时器为PWM模式
配置通道：极性、占空比初始值
启动PWM输出：HAL_TIM_PWM_Start()
在循环中修改CCR寄存器改变占空比

代码示例：

// 初始化TIM3通道1为PWM输出
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse = 0;  // 初始占空比0%
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

// 启动PWM
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);

// 呼吸灯主循环
while (1) {
    for (int i = 0; i <= 1000; i += 10) {
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, i);
        HAL_Delay(5);
    }
    for (int i = 1000; i >= 0; i -= 10) {
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, i);
        HAL_Delay(5);
    }
}

注意：CCR的值不能超过ARR。如果ARR=999，CCR最大只能设999。我曾经设了1000，结果PWM直接变成常亮——占空比100%了。

4.4 封装PWM驱动模块

裸写PWM配置代码，每个项目都要重复一遍。我习惯把它封装成一个驱动模块，方便复用。

封装思路：

pwm_driver.h：对外接口声明
pwm_driver.c：具体实现
结构体：保存定时器句柄、通道、ARR值

头文件示例：

#ifndef __PWM_DRIVER_H
#define __PWM_DRIVER_H

#include "stm32f4xx_hal.h"

typedef struct {
    TIM_HandleTypeDef *htim;
    uint32_t channel;
    uint32_t period;  // ARR值
} PWM_Handle_t;

void PWM_Init(PWM_Handle_t *pwm, TIM_HandleTypeDef *htim, 
              uint32_t channel, uint32_t period);
void PWM_SetDuty(PWM_Handle_t *pwm, uint16_t duty);
void PWM_Start(PWM_Handle_t *pwm);
void PWM_Stop(PWM_Handle_t *pwm);

#endif

实现文件关键部分：

void PWM_SetDuty(PWM_Handle_t *pwm, uint16_t duty) {
    if (duty > pwm->period) duty = pwm->period;
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(pwm->htim, pwm->channel, duty);
}

封装的好处：换一个定时器或通道，只需要改初始化参数，不用改业务逻辑。我在三个项目里复用了同一套PWM驱动，改的只是引脚和时钟配置。

4.5 知识结构图

下面这张图展示了本章的核心知识脉络：

4.6 常见问题与避坑

问题	原因	解决方法
HAL_Delay不准确	SysTick优先级被其他中断抢占	提高SysTick中断优先级
PWM输出无波形	GPIO未配置为复用功能	检查GPIO_AF配置
呼吸灯闪烁不均匀	CCR变化步长太大	减小步长，增加延时
定时器中断不触发	未使能NVIC中断	调用HAL_NVIC_EnableIRQ()

本章小结：

SysTick是1ms心跳，HAL_Delay是阻塞的，别在中断里用
通用定时器配置记住公式：频率 = 时钟 / (PSC+1) / (ARR+1)
PWM占空比由CCR控制，CCR不能超过ARR
封装驱动模块，让代码可复用、可维护

嗯，定时器这部分内容就到这里。我个人觉得，把SysTick和通用定时器搞明白，后面学高级定时器、输入捕获、编码器接口都会轻松很多。呼吸灯虽然简单，但它背后涉及的PWM原理和驱动封装思路，是嵌入式开发里非常实用的基本功。