4. 定时器中断：SysTick、通用定时器与PWM中断实战

定时器中断，可以说是嵌入式开发里最常用的外设中断之一。我个人做项目时，几乎每个工程都会用到至少一个定时器——要么做系统心跳，要么做精确延时，要么生成PWM波。CMS32的定时器资源挺丰富的，咱们今天就把SysTick、通用定时器和PWM中断这三个核心应用捋清楚。

4.1 SysTick定时器：系统的“心跳”

SysTick是Cortex-M0内核自带的24位递减计数器。说白了，它就是给操作系统或者裸机程序提供一个固定的时间基准。我习惯把它配置成1ms中断一次，这样整个系统就有了一个“心跳”。

4.1.1 SysTick寄存器配置

SysTick只有4个寄存器，操作起来非常简单：

寄存器	地址	功能
SYST_CSR	0xE000E010	控制与状态寄存器（使能、中断使能、标志位）
SYST_RVR	0xE000E014	重装载值寄存器（24位有效）
SYST_CVR	0xE000E018	当前值寄存器（读清零）
SYST_CALIB	0xE000E01C	校准寄存器（一般不用）

配置SysTick的步骤其实就三步：

1. 设置重装载值（SYST_RVR）
2. 清除当前值（写SYST_CVR任意值）
3. 使能SysTick并开启中断（写SYST_CSR）

重装载值的计算公式：

重装载值 = 系统时钟频率 / 目标中断频率 - 1
// 例如：系统时钟48MHz，目标1ms中断
// 重装载值 = 48000000 / 1000 - 1 = 47999

4.1.2 代码示例：1ms SysTick中断

/* SysTick初始化函数 */
void SysTick_Init(void)
{
    /* 1. 关闭SysTick，确保配置期间不产生中断 */
    SYST_CSR = 0x00;
    
    /* 2. 设置重装载值：48MHz / 1000Hz = 48000 */
    SYST_RVR = 48000 - 1;
    
    /* 3. 清除当前值 */
    SYST_CVR = 0;
    
    /* 4. 配置并使能：使用处理器时钟，使能中断，使能计数器 */
    SYST_CSR = 0x07;  // Bit0: ENABLE, Bit1: TICKINT, Bit2: CLKSOURCE
}

/* SysTick中断服务函数 */
void SysTick_Handler(void)
{
    static uint32_t ms_counter = 0;
    
    ms_counter++;
    
    /* 每1ms置一次标志 */
    g_systick_flag = 1;
    
    /* 每1000ms（1秒）翻转一次LED */
    if(ms_counter >= 1000)
    {
        ms_counter = 0;
        LED_TOGGLE();
    }
}

嗯，这里要注意：SysTick_Handler这个函数名是固定的，不能自己随便起。CMS32的启动文件里已经帮你把中断向量表写好了，你只需要实现这个函数就行。

4.2 通用定时器中断：更灵活的计时方案

SysTick虽然好用，但毕竟只有一个。如果你需要多个不同频率的定时中断，那就得用通用定时器了。CMS32系列通常有2-4个通用定时器模块，每个都可以独立配置。

我在项目中遇到过这样一个场景：一个传感器需要10ms读取一次，另一个通信协议需要50ms超时判断，还有一个按键消抖需要20ms扫描。三个不同周期，一个SysTick根本不够用。这时候通用定时器就派上用场了。

4.2.1 通用定时器结构

4.2.2 定时时间计算

通用定时器的定时时间由三个参数决定：

定时时间 = (预分频值 + 1) × (自动重装载值 + 1) / 定时器时钟频率

// 例如：定时器时钟48MHz，预分频值47999，自动重装载值999
// 定时时间 = 48000 × 1000 / 48000000 = 1秒

4.2.3 代码示例：通用定时器1秒中断

/* 通用定时器0初始化：1秒中断 */
void TIMER0_Init(void)
{
    /* 1. 使能定时器时钟 */
    SYS->CLKEN |= (1 << 6);  // 假设TIMER0时钟使能位在bit6
    
    /* 2. 配置定时器模式：向上计数，自动重装载 */
    TIMER0->CTRL = 0x00;      // 先停止定时器
    TIMER0->CTRL |= (1 << 4); // 自动重装载模式
    
    /* 3. 设置预分频值：48000000 / 48000 = 1000Hz */
    TIMER0->PSC = 48000 - 1;
    
    /* 4. 设置自动重装载值：1000 / 1000 = 1秒 */
    TIMER0->ARR = 1000 - 1;
    
    /* 5. 使能更新中断 */
    TIMER0->DIER |= (1 << 0);  // UIE位
    
    /* 6. 使能NVIC中断 */
    NVIC_EnableIRQ(TIMER0_IRQn);
    
    /* 7. 启动定时器 */
    TIMER0->CTRL |= (1 << 0);  // CEN位
}

/* 定时器0中断服务函数 */
void TIMER0_IRQHandler(void)
{
    /* 检查更新中断标志 */
    if(TIMER0->SR & (1 << 0))
    {
        /* 清除中断标志 */
        TIMER0->SR = ~(1 << 0);
        
        /* 用户代码：每1秒执行一次 */
        g_timer0_1s_flag = 1;
    }
}

4.3 PWM中断：精准控制与波形生成

PWM（脉冲宽度调制）在电机控制、LED调光、音频输出等场景中非常常见。CMS32的通用定时器通常都支持PWM输出模式，而且可以同时产生中断。

我个人觉得PWM中断最有用的场景是“逐周期控制”——比如电机控制中，每个PWM周期结束时就读取一次电流值，然后调整下一个周期的占空比。这种闭环控制在工业驱动里非常普遍。

4.3.1 PWM中断类型

中断类型	触发时机	典型应用
更新中断（UEV）	计数器溢出/重装载时	周期同步、数据更新
捕获/比较中断（CCx）	计数器值与比较值匹配时	占空比调整、脉宽测量
刹车中断（BRK）	刹车信号输入时	紧急停止、故障保护

4.3.2 代码示例：PWM中断调整占空比

/* PWM初始化：50Hz，初始占空比50% */
void PWM_Init(void)
{
    /* 1. 配置GPIO为PWM输出 */
    GPIO->AFR[0] |= (2 << 4);  // 假设PA2为TIMER0_CH2
    
    /* 2. 配置定时器PWM模式 */
    TIMER0->CTRL = 0x00;
    TIMER0->CTRL |= (1 << 4);  // 自动重装载
    
    /* 3. 设置PWM频率：48MHz / 48000 = 1000Hz */
    TIMER0->PSC = 48 - 1;       // 预分频48
    TIMER0->ARR = 1000 - 1;     // 重装载值1000
    
    /* 4. 配置通道2为PWM模式1 */
    TIMER0->CCMR2 |= (6 << 4); // OC2M = 110 (PWM模式1)
    TIMER0->CCMR2 |= (1 << 3); // OC2PE = 1 (预装载使能)
    
    /* 5. 设置初始占空比50% */
    TIMER0->CCR2 = 500;
    
    /* 6. 使能捕获/比较中断 */
    TIMER0->DIER |= (1 << 4);  // CC2IE
    
    /* 7. 使能输出 */
    TIMER0->CCER |= (1 << 4);  // CC2E
    
    /* 8. 使能NVIC */
    NVIC_EnableIRQ(TIMER0_IRQn);
    
    /* 9. 启动定时器 */
    TIMER0->CTRL |= (1 << 0);
}

/* PWM中断：每个周期调整占空比 */
void TIMER0_IRQHandler(void)
{
    static uint8_t direction = 0;
    
    /* 检查CC2中断标志 */
    if(TIMER0->SR & (1 << 4))
    {
        /* 清除标志 */
        TIMER0->SR = ~(1 << 4);
        
        /* 呼吸灯效果：逐渐改变占空比 */
        if(direction == 0)
        {
            TIMER0->CCR2 += 10;  // 增加占空比
            if(TIMER0->CCR2 >= 990)
                direction = 1;
        }
        else
        {
            TIMER0->CCR2 -= 10;  // 减少占空比
            if(TIMER0->CCR2 <= 10)
                direction = 0;
        }
    }
}

4.4 三种定时器中断对比

咱们把三种定时器中断放在一起对比一下，方便你选型：

特性	SysTick	通用定时器	PWM中断
精度	24位，较高	16位，可调	16位，可调
数量	1个（内核级）	2-4个（外设级）	每个定时器多个通道
主要用途	系统心跳、延时基准	多周期定时、计数	波形生成、闭环控制
中断频率	固定（通常1ms）	可任意配置	与PWM频率相同
资源占用	极少	中等	中等（含GPIO）

选型建议：

• 只需要一个固定周期中断？用SysTick就够了。
• 需要多个不同周期的中断？用通用定时器。
• 需要输出波形并且逐周期控制？用PWM中断。