STM32单片机快速入门——TIM定时器篇

定时器定时中断是定时器计数器达到设定值（如ARR寄存器中的值）时，自动产生的中断信号，触发中断服务程序来执行预定的操作。它通常用于实现周期性或定时的任务。这个功能相信大家都会使用。要注意的是定时器的频率计算公式为：f=原始时钟频率/（PSC+1）/（ARR+1）输入捕获（IC）输入捕获是定时器的一种功能，用于捕捉外部信号的到达时刻，并将其对应的定时器计数值CNT锁存到捕获寄存器CCR中，以便后续处

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2301_81633842 · 2025-01-18 16:45:05 发布

一.TIM定时器简介

1.TIM总体介绍

STM32定时器是STM32系列微控制器中的一类重要外设，用于生成精确的时间延迟、频率生成、事件计数等功能。它通常用于实时操作系统、PWM输出、输入捕捉、输出比较、脉宽调制、频率测量等应用场景。STM32的定时器具有高度的灵活性和多种工作模式，能够满足复杂的应用需求。

STM32微控制器的定时器分为多种类型，包括：

基础定时器（如TIM6、TIM7）

通用定时器（如TIM2、TIM3、TIM4等）

高级定时器（如TIM1、TIM8）

这三种定时器的基本结构都是由时基单元组成的，时基单元包括：

计数器（CNT）：时基单元内含有一个计数器（Counter），它可以按照预定的时钟源进行计数。计数器的值可以递增或递减，具体由设置的计数方向（向上计数或向下计数）决定。通常以向上计数居多。

预分频器（PSC）：为了调节定时器的计时精度，时基单元中通常包含一个预分频器（Prescaler）。可对时钟进行分频，通过调整预分频器的值，可以改变计数器的更新速率，从而实现不同的时间间隔。

自动重载寄存器（ARR）：时基单元中有一个自动重载寄存器，它用于设置计数器的最大值。当计数器达到预设的值时，会自动重载并重新开始计数，或者触发一个事件（如中断、PWM输出等）。

通过完成对这三个寄存器的配置，然后选择时钟源（默认系统时钟），最后使能定时器，就可以实现最基本的定时/计数操作了。为了便于理解与讲解，我们在以下都以系统时钟作为定时器的时钟源。

在功能上，这三种定时器有以下区别：

每种定时器具有不同的特点和应用场景。它们的工作频率通常由系统时钟或外部时钟源决定，并支持多种预分频设置，以实现不同的计时精度。

二.基本定时器

1.主要功能

触发DAC的同步电路（可之后再细究）。

在更新事件（计数器溢出）时产生中断/DMA输出。

2.基本结构

如图，来自RCC总线上的内部时钟经过控制器，再经过预分频器PSC 分频（例如 12MHz 经过 2分频变成 6MHz，72MHz 经过 4分频变成 18MHz），但需要注意的是，PSC预分频值和实际的分频系数相差1，即对PSC写入1，实际分频系数是2，最后作为驱动定时器的时钟频率，CNT再按照时钟频率进行向上加，直到溢出后，自动重装载寄存器ARR 对计数器CNT 重新装填，并同时触发中断，或DMA输出，或更新事件触发DAC输出。

在图片的右上角为定时器的主模式触发DAC，当把更新事件映射到触发输出TRGO时，每当产生更新事件（计数值重装载）时，便会触发特定引脚执行DAC操作，这样做的好处是不用频繁进入中断完成DAC的操作，而是由硬件全自动完成。

3.主要特性

只支持由内部时钟源驱动。

计数器CNT只支持向上计数

三.通用定时器

相较于基本定时器，通用定时器的功能更加丰富，但同时结构也更加复杂。

1.主要功能

主要功能包括但不限于：

定时功能：通用定时器可以配置为普通的定时器模式，通过设置自动重载寄存器（ARR）和预分频器（PSC）来控制计数器的溢出时间。当计数器溢出时，定时器会产生更新中断或者触发其他操作（例如生成PWM信号）。

可调节的PWM输出：通用定时器能够生成PWM信号，通过配置定时器的捕捉/比较功能，可以输出具有可调占空比和频率的PWM波。

输入捕获：在输入捕捉模式下，定时器可以捕捉外部信号的脉冲宽度或频率。当外部信号（如脉冲）到达指定引脚时，定时器捕捉该信号的时刻，并保存其计数值。这样，可以用定时器测量信号的频率或周期。

输出比较：在输出比较模式下，定时器会根据设定的比较值（CCR）与计数器的当前值进行比较。当计数器的值等于或超出设定的比较值时，定时器会触发相应的操作（如产生中断、改变输出引脚状态等）。

2.基本结构

可以看到，通用定时器的结构比基本定时器复杂的多。

其中，时基单元与基本定时器的基本相同，但通用定时器的计数器CNT 除了支持向上计数外，还支持：

向下计数：减到0之后，回到重装值，同时申请中断

中央对齐：从0开始，先向上自增，回到重装值，申请中断，再向下自减，减到0，再申请中断，依次不断循环。

对于黑框部分结构：

输入时钟源：通用定时器不仅可以选择内部时钟，还可以选择：

外部的TIMx_ETR时钟：从支持该功能的引脚上可输入一定频率的方波时钟，再对极性选择，边沿检测和预分频器进行配置，最后进行滤波，即可作为驱动该定时器的时钟。

来自输入捕获的CH1引脚：通过这一路输入的时钟，边沿（上升沿，下降沿）均有效。

TF1FP1，TF2FP2：分别来自CH1引脚，CH2引脚的时钟。

ITR0,ITR1,ITR2,ITR3：这些是中断触发源，分别对应不同的定时器事件（如溢出、中断请求等）。定时器的某些事件（如计数完成或匹配）会触发中断信号，通过中断处理程序进行处理。

TRC：通过输入时钟信号，定时器可被驱动进行计数操作。

TRGO：在某些特定事件发生时（如计数器溢出或匹配时），定时器可以产生触发输出（TRGO）信号，或者通过触发输入（TRGI）响应外部事件，与基本定时器不同的是，其TRGO信号还可用于触发别的定时器，即可以进行多个计时器的级联。

编码器接口：可以读取正交编码器的输出波形。

3.定时器定时中断

3.1 定义

定时器定时中断是定时器计数器达到设定值（如ARR寄存器中的值）时，自动产生的中断信号，触发中断服务程序来执行预定的操作。它通常用于实现周期性或定时的任务。

这个功能相信大家都会使用。要注意的是定时器的频率计算公式为：

f = 原始时钟频率 /（PSC + 1）/ （ARR + 1）

3.2 代码案例

void Timer_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);			//开启TIM2的时钟
	
	/*配置时钟源*/
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);		//选择TIM2为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟
	
	/*时基单元初始化*/
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;		//时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;	//计数器模式，选择向上计数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000 - 1;				//计数周期，即ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;				//预分频器，即PSC的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;			//重复计数器，高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);				//将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM2的时基单元	
	
	/*中断输出配置*/
	TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);						//清除定时器更新标志位
																//TIM_TimeBaseInit函数末尾，手动产生了更新事件
																//若不清除此标志位，则开启中断后，会立刻进入一次中断
																//如果不介意此问题，则不清除此标志位也可
	
	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);					//开启TIM2的更新中断
	
	/*NVIC中断分组*/
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);				//配置NVIC为分组2
																//即抢占优先级范围：0~3，响应优先级范围：0~3
																//此分组配置在整个工程中仅需调用一次
																//若有多个中断，可以把此代码放在main函数内，while循环之前
																//若调用多次配置分组的代码，则后执行的配置会覆盖先执行的配置
	
	/*NVIC配置*/
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;						//定义结构体变量
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;				//选择配置NVIC的TIM2线
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;				//指定NVIC线路使能
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;	//指定NVIC线路的抢占优先级为2
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;			//指定NVIC线路的响应优先级为1
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);								//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设
	
	/*TIM使能*/
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);			//使能TIM2，定时器开始运行
}

void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}

4.输入捕获

4.1 什么是输入捕获？

输入捕获（IC）

输入捕获是定时器的一种功能，用于捕捉外部信号的到达时刻，并将其对应的定时器计数值CNT 锁存到捕获寄存器CCR 中，以便后续处理或测量信号的频率、脉冲宽度等特性。

每个高级定时器和通用定时器都拥有四个输入捕获通道，可配置为PWMI模式，同时测量频率和占空比；可配合主从触发模式，实现硬件全自动测量

我们以输入捕获端口CH1为例，进行讲解：

左上角的异或门是专门为电机准备的，我们在此先将它忽略。

通过配置边沿检测器，设置成捕获上升沿或下降沿，信号通过 TIMx_CH1 通道，经输入滤波器滤除毛刺信号后，再由边沿检测器检测特定的边沿，当检测到了特定的边沿后，会经过TI2FP1通道进入IC1,再经过预分频器后，可以选择触发捕获中断，最后计数器CNT的值会锁存进捕获寄存器1中，通过标准库函数，就可以读取到此时的CNT值，此时就可以根据CNT，测量信号的频率，脉冲的宽度等信息。

同时，通过CH1的信号，检测到了特定的边沿后也可以向下经过TI1FP2进入IC2，再次将CNT的值锁存到捕获寄存器2中，这样就可以实现TI1FP1捕获上升沿，测量周期；TI1FP2捕获下降沿，测量占空比，把一个引脚的输入，同时映射到两个捕获单元。也就是PWMI的模式。

每次捕获之后，最好都对CNT的值进行手动清零，方便与下一次捕获计算时间差。可以用主从触发模式自动完成。

TI1FP1同时还可以触发从模式的Reset操作，硬件全自动对CNT进行清零。

所以CH1,CH2既可以独立工作，也可以联合工作，一个通道灵活切换两个引脚，或两个通道同时捕获一个引脚。

独立工作时，总体结构如下：

联合工作时，总体结构如下：

CH3，CH4同理，但CH3，CH4通道的TIxFPy没有从模式，如果想要对CNT的值清零的话，需要利用中断，不过这样的话就会频繁的进入中断，而消耗大量的软件资源了。

4.2 输入捕获的相关函数配置案例

	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);			//开启TIM3的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA6引脚初始化为上拉输入

    /*配置时钟源*/
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);		//选择TIM3为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟
	
	/*时基单元初始化*/
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;               //计数周期，即ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;               //预分频器，即PSC的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM3的时基单元
	
	/*输入捕获初始化*/
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;							//定义结构体变量
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;				//选择配置定时器通道1
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;							//输入滤波器参数，可以过滤信号抖动
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;		//极性，选择为上升沿触发捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;			//捕获预分频，选择不分频，每次信号都触发捕获
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;	//输入信号交叉，选择直通，不交叉
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);							//将结构体变量交给TIM_ICInit，配置TIM3的输入捕获通道
	
	/*选择触发源及从模式*/
	TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);					//触发源选择TI1FP1
	TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);					//从模式选择复位
																	//即TI1产生上升沿时，会触发CNT归零
	
	/*TIM使能*/
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);			//使能TIM3，定时器开始运行

5.输出比较

5.1 什么是输出比较？

输出比较（Output Compare）：通过将定时器的计数器CNT值与一个预设的比较值（存储在CCR寄存器中）进行比较。当定时器的计数器值与CCR值匹配时，定时器会触发预定的动作，如输出信号的变化（对输出电平置0，置1，翻转等操作）、生成中断、或者更新PWM信号的占空比等。每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输出比较通道。高级定时器的前3个通道额外拥有死区生成和互补输出的功能。

简单来说，就是CNT的值会实时的与比较寄存器CCR中的值进行比较，当

CNT < CCR

CNT == CCR

CNT > CCR

时，可自行配置不同情况，OC对外输出电平的变化。

以下是输出比较的结构图

要注意的是，所有通道的输出比较都用的同一个计数器CNT值。

5.2 输出比较的几种类型

5.2 PWM知识点补充

5.3 输出比较模式结构图

这里我们以常用的PWM1模式为例

5.4 案例代码

void PWM_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);			//开启TIM2的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;		//GPIO_Pin_15;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA0引脚初始化为复用推挽输出	
																	//受外设控制的引脚，均需要配置为复用模式		
	
	/*配置时钟源*/
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);		//选择TIM2为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟
	
	/*时基单元初始化*/
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;					//计数周期，即ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;				//预分频器，即PSC的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM2的时基单元
	
	/*输出比较初始化*/
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;							//定义结构体变量
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);							//结构体初始化，若结构体没有完整赋值
																	//则最好执行此函数，给结构体所有成员都赋一个默认值
																	//避免结构体初值不确定的问题
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;				//输出比较模式，选择PWM模式1
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;		//输出极性，选择为高，若选择极性为低，则输出高低电平取反
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;	//输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;								//初始的CCR值
	TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);						//将结构体变量交给TIM_OC1Init，配置TIM2的输出比较通道1
	
	/*TIM使能*/
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);			//使能TIM2，定时器开始运行
}

/**
  * 函    数：PWM设置CCR
  * 参    数：Compare 要写入的CCR的值，范围：0~100
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：CCR和ARR共同决定占空比，此函数仅设置CCR的值，并不直接是占空比
  *           占空比Duty = CCR / (ARR + 1)
  */
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);		//设置CCR1的值
}