4. 定时器基础：SysTick系统滴答定时器、基本定时器、通用定时器、PWM输出

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，更别提什么PWM调速、捕获编码器信号了。我刚开始学STM32那会儿，总觉得定时器就是用来计数的，后来才发现——这玩意儿的水深着呢。

今天咱们就把STM32的定时器家族捋一遍。从最简单的SysTick，到基本定时器，再到功能最全的通用定时器，最后用PWM输出做个实战。嗯，跟着我的节奏来，保证你学完就能上手。

4.1 SysTick：系统的心跳

SysTick，全称System Tick Timer，是Cortex-M内核自带的24位递减计数器。说白了，它就是给操作系统用的——FreeRTOS、uC/OS这些RTOS，全靠它来产生时间片。

就算你不跑系统，SysTick也能当个精准延时器用。我习惯在裸机项目里用它做“软定时器”，比如按键消抖、LED闪烁，比HAL_Delay灵活多了。

4.1.1 SysTick寄存器

就三个寄存器，简单得很：

寄存器	地址	功能
STK_CTRL	0xE000E010	控制寄存器：使能、时钟源、中断使能
STK_LOAD	0xE000E014	重装载值（24位，最大16,777,215）
STK_VAL	0xE000E018	当前计数值（读清零，写清零）

4.1.2 实战：1ms SysTick中断

假设系统时钟72MHz，我们让SysTick每1ms中断一次：

// SysTick配置函数
void SysTick_Init(void)
{
    // 1. 设置时钟源为系统时钟（72MHz）
    // 2. 计算重装载值：72MHz / 1000 = 72000
    // 3. 使能中断，使能计数器
    
    SysTick->CTRL = 0;              // 先关闭
    SysTick->LOAD = 72000 - 1;      // 重装载值
    SysTick->VAL  = 0;              // 清空计数器
    SysTick->CTRL = 0x07;           // 使能+中断+系统时钟
}

// 中断服务函数（在startup_stm32f10x_md.s中声明）
void SysTick_Handler(void)
{
    static uint32_t tick = 0;
    tick++;
    
    // 每1000ms翻转一次LED
    if(tick % 1000 == 0)
    {
        GPIO_ToggleBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
    }
}

4.2 基本定时器：最简单的时基

基本定时器（TIM6、TIM7），功能少得可怜——只能向上计数，没有外部引脚，不能输出PWM。但你别小看它，它可是DAC的触发源，也是其他定时器的级联基础。

我有个项目需要产生一个精确的1kHz时基，用SysTick太浪费，用通用定时器又杀鸡用牛刀——基本定时器刚刚好。

4.2.1 基本定时器结构

• 时钟源：来自APB1总线（通常36MHz或72MHz）
• 预分频器（PSC）：16位，分频系数1~65536
• 自动重装载寄存器（ARR）：16位，最大65535
• 计数器（CNT）：向上计数，从0到ARR

计算公式：定时时间 = (PSC + 1) × (ARR + 1) / 定时器时钟频率

4.2.2 配置示例：1s定时中断

void TIM6_Init(void)
{
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE);
    
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    
    // 72MHz / (7200-1+1) = 10kHz → 0.1ms
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;
    // 10kHz / 10000 = 1Hz → 1s
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 10000 - 1;
    
    TIM_TimeBaseInit(TIM6, &TIM_TimeBaseStructure);
    TIM_ITConfig(TIM6, TIM_IT_Update, ENABLE);
    TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);
    
    // 别忘了在NVIC里使能中断
    NVIC_EnableIRQ(TIM6_IRQn);
}

void TIM6_IRQHandler(void)
{
    if(TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update);
        // 1s到了，做你想做的事
    }
}

4.3 通用定时器：瑞士军刀

通用定时器（TIM2~TIM5，部分型号还有TIM9~TIM14），功能就丰富多了。它除了能做时基，还能输出PWM、输入捕获、编码器接口、霍尔传感器接口……

你想想看，一个外设能干这么多活，是不是很划算？我做过一个四轴飞行器项目，一个TIM2同时干三件事：PWM驱动电机、捕获遥控器信号、做系统时基——省了三个外设。

4.3.1 通用定时器特性

特性	说明
计数模式	向上、向下、中央对齐（向上/向下）
通道数	4个独立通道（CH1~CH4）
PWM输出	每个通道独立配置占空比
输入捕获	测量脉冲宽度、频率、相位
编码器接口	支持增量式编码器（正交解码）
DMA支持	更新事件、捕获事件均可触发DMA

4.3.2 计数模式对比

三种计数模式，用哪个？我一般这么选：

• 向上计数：普通PWM、定时中断——90%的场景用这个
• 向下计数：特殊波形需求，用得少
• 中央对齐：电机控制、三相PWM——需要对称波形时用

4.4 PWM输出：让LED呼吸起来

PWM，脉冲宽度调制。说白了就是通过调节高电平占空比，来模拟一个模拟电压。LED调光、电机调速、舵机控制——全得靠它。

我记得第一次用STM32做呼吸灯，调了半天占空比就是不平滑。后来发现是ARR值设得太小，分辨率不够。嗯，这里要注意：PWM的分辨率 = ARR + 1，ARR越大，调光越细腻。

4.4.1 PWM模式

通用定时器支持两种PWM模式：

模式	输出电平	应用场景
PWM模式1	CNT < CCR时有效，CNT ≥ CCR时无效	正逻辑PWM（常用）
PWM模式2	CNT < CCR时无效，CNT ≥ CCR时有效	反逻辑PWM

4.4.2 实战：呼吸灯

用TIM2的CH1（PA0）输出PWM，驱动LED呼吸：

void PWM_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    
    // 1. 使能时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    // 2. 配置PA0为复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 3. 配置定时器时基
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;      // 72MHz/72 = 1MHz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1;       // 1MHz/1000 = 1kHz PWM
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
    
    // 4. 配置PWM通道
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;                 // 初始占空比0%
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
    
    // 5. 使能定时器
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

// 呼吸灯主循环
void Breathing_LED(void)
{
    uint16_t duty = 0;
    uint8_t direction = 1;  // 1:增加 0:减少
    
    while(1)
    {
        TIM_SetCompare1(TIM2, duty);
        
        if(direction)
        {
            duty++;
            if(duty >= 999) direction = 0;
        }
        else
        {
            duty--;
            if(duty <= 1) direction = 1;
        }
        
        // 延时约2ms，让呼吸平滑
        Delay_ms(2);
    }
}

4.5 定时器中断优先级与NVIC配置

多个定时器同时工作时，中断优先级怎么设？我有个原则：

• SysTick：RTOS下最高优先级，裸机下最低优先级
• PWM中断：中等优先级（电机控制需要快速响应）
• 基本定时器：低优先级（纯计时，不着急）

// NVIC配置示例
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

// TIM2中断（PWM）优先级：抢占1，子优先级0
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);

// TIM6中断（基本定时器）优先级：抢占2，子优先级0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);