【嵌入式开发学习】第6天：STM32 定时器（精确延时 + PWM 输出）-优快云博客

核心目标：掌握 STM32 定时器的核心用法 —— 用定时器中断实现 “非阻塞精确延时”（替代HAL_Delay）、用 PWM 输出控制 LED 亮度 / 电机转速，理解定时器在嵌入式中的核心价值（精准计时、外设驱动）。

一、定时器原理：嵌入式的 “精准时钟”（30 分钟）

STM32 的定时器是片上外设，本质是 “可编程计数器”，通过计数时钟脉冲实现精准计时，比HAL_Delay（阻塞式）更灵活、精准，核心用途：

精确延时（非阻塞，不占用 CPU）；
生成 PWM 波（控制 LED 亮度、电机转速、舵机角度）；
频率测量、脉冲计数（如检测传感器脉冲）。

1. 定时器分类（STM32F103 为例，新手先掌握这 2 种）

通用定时器（TIM2-TIM5）：最常用，支持定时中断、PWM 输出，16 位计数器（计数范围 0-65535）；
高级定时器（TIM1、TIM8）：功能更多（如死区控制），适合电机控制，新手先聚焦通用定时器。

2. 定时中断核心逻辑（记牢！）

配置定时器时钟（STM32F103 默认 APB1 时钟为 72MHz）；
设置预分频器（PSC）：将时钟分频，降低计数频率（如 72MHz÷7200=10kHz，即每 100us 计数一次）；
设置自动重载值（ARR）：计数器计数到 ARR 后，自动清零并触发中断（如 ARR=100，即 100×100us=10ms 触发一次中断）；
使能中断并编写中断服务函数（ISR）：中断触发时执行自定义逻辑（如翻转 LED）。

3. PWM 核心概念

PWM（脉冲宽度调制）：通过周期性高低电平的占空比（高电平时间 / 周期）控制输出量；
占空比：高电平占一个周期的百分比（0%= 全低，50%= 高低各半，100%= 全高）；
嵌入式场景：占空比 50%→LED 半亮，占空比 100%→LED 全亮，占空比 0%→LED 熄灭。

二、实操 1：定时器中断实现非阻塞 1sLED 闪烁（50 分钟）

目标：用 TIM3 定时器中断实现 1s 翻转一次 LED，替代HAL_Delay（非阻塞，CPU 可同时做其他事）。

步骤 1：CubeIDE 配置定时器

新建工程 “Timer_Interrupt”，选择 STM32F103C8T6；
配置 GPIO：PC13 设为 GPIO_Output（LED）；
配置定时器（左侧 “Timers→TIM3”）：
- Mode：选择 “Internal Clock”（内部时钟驱动）；
- 预分频器（Prescaler）：填 7199（72MHz÷(7199+1)=10kHz，计数周期 100us）；
- 自动重载值（Counter Period）：填 9999（100us×(9999+1)=1000000us=1s，即 1s 触发一次中断）；
- 使能中断：点击 “NVIC Settings”，勾选 “TIM3 global interrupt”，优先级默认；
生成初始化代码（Project→Generate Code）。

步骤 2：编写中断逻辑

打开main.c，定义全局变量（记录中断次数）：

/* USER CODE BEGIN 2 */
uint32_t timer_count = 0;  // 定时器中断计数
/* USER CODE END 2 */

在main函数中启动定时器：

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);  // 启动TIM3定时器中断
/* USER CODE END 2 */

重写定时器中断回调函数（在main.c的 “USER CODE BEGIN 4” 区域）：

/* 定时器中断回调函数：TIM3触发中断时执行 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  if (htim->Instance == TIM3)  // 确认是TIM3触发的中断
  {
    timer_count++;  // 每次中断计数+1
    if (timer_count >= 1)  // 计数1次（即1s）
    {
      HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);  // 翻转LED
      timer_count = 0;  // 重置计数
    }
  }
}

主循环中添加其他逻辑（验证非阻塞）：

while (1)
{
  /* 主循环可同时执行其他任务，不受延时影响 */
  printf("主循环运行中...\n");  // 模拟其他任务（需配置串口，后续可补充）
  HAL_Delay(200);  // 这里的延时不影响LED的1s闪烁
  /* USER CODE END WHILE */
}

步骤 3：下载测试

程序下载后，LED 每 1s 闪烁一次，同时主循环持续打印信息 —— 证明定时器中断是 “非阻塞” 的，CPU 可并行处理多个任务。

三、实操 2：定时器 PWM 输出控制 LED 亮度（50 分钟）

目标：用 TIM4 定时器生成 PWM 波，通过调节占空比，实现 LED 从暗到亮、从亮到暗的渐变。

步骤 1：CubeIDE 配置 PWM

新建工程 “Timer_PWM”，选择 STM32F103C8T6；
配置 GPIO：选择一个支持 PWM 的引脚（如 PB6，对应 TIM4_CH1），设置为 “PWM Generation CH1”；
配置定时器（左侧 “Timers→TIM4”）：
- Mode：Internal Clock；
- 预分频器（Prescaler）：填 7199（72MHz÷7200=10kHz，计数周期 100us）；
- 自动重载值（Counter Period）：填 99（100us×100=10ms，PWM 周期 10ms，频率 100Hz，适合 LED）；
- PWM 模式：点击 “Configuration→PWM Generation CH1”，Mode 选 “PWM Generation CH1”，Pulse（初始占空比）填 0（初始 LED 熄灭）；
生成初始化代码。

步骤 2：编写 PWM 占空比调节逻辑

在main.c中定义占空比变量：

/* USER CODE BEGIN 2 */
uint16_t duty_cycle = 0;  // 占空比（0-99，对应0%-100%）
int8_t step = 1;          // 占空比调节步长（1=递增，-1=递减）
/* USER CODE END 2 */

启动 PWM 输出（main函数中）：

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_1);  // 启动TIM4通道1的PWM输出
/* USER CODE END 2 */

主循环中调节占空比：

while (1)
{
  /* 调节占空比：0→99递增（LED变亮），99→0递减（LED变暗） */
  duty_cycle += step;
  if (duty_cycle >= 99) step = -1;  // 达到最大占空比，开始递减
  if (duty_cycle <= 0) step = 1;    // 达到最小占空比，开始递增
  
  /* 设置PWM占空比：__HAL_TIM_SET_COMPARE(定时器句柄, 通道, 占空比) */
  __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_1, duty_cycle);
  
  HAL_Delay(50);  // 控制渐变速度（50ms调节一次，肉眼可见渐变）
  /* USER CODE END WHILE */
}