一、核心功能模块

输入捕获：测量外部脉冲的宽度或频率，需配合跳变沿捕获和溢出计数。
输出比较：产生特定宽度脉冲，或用于驱动DAC。
PWM 生成：输出脉宽调制信号，频率由ARR寄存器决定，占空比由CCRx寄存器决定。
单脉冲模式：接收一个触发信号后，输出单个脉冲。
可编程死区互补输出：单通道输出两路互补PWM，切换时插入死区时间，防止短路。
重复计数器（RCR）：设定N+1次计数器溢出/下溢后，才产生真正的更新事件（UEV）。

二、时钟来源配置

定时器的时钟源决定了计数器（CNT）的计数基准。

1. 内部时钟

来源：芯片内部系统时钟（如APB总线时钟）。
配置：TIMx_SMCR 寄存器 SMS [2:0] 设为 000（禁止从模式），TIMx_CR1 寄存器 CEN 位置 1（使能计数器）。
路径：

CK_INT→预分频器(PSC)→计数器(CNT)

2. 外部时钟模式

外部时钟模式 1：通过 TIMx_CH1/2/3/4 引脚输入外部信号，经输入滤波器、边沿检测器处理后作为时钟。
信号路径1：

TIMx_CHx引脚→输入滤波器→边沿检测器→TIxFPx→触发选择器→TRGI→从模式控制器→CK_PSC→预分频器→计数器。

外部时钟模式2：外部信号直接驱动计数器，不经过触发控制器。

3. 内部触发输入（ITRx）- 定时器级联

原理：将一个定时器的触发输出（TRGO）连接到另一个定时器的内部触发输入（ITRx）。
信号路径：

TIMx计数器溢出→更新事件→TRGO输出→连接到目标定时器ITRx→TRGI→从模式控制器→CK_PSC→预分频器→计数器

应用：实现定时器的同步或级联，扩展定时周期或创建复杂时序。

三、PWM配置

1. 生成原理

频率：由自动重装载寄存器（ARR）决定。

频率 = 定时器时钟 / (ARR + 1)

占空比：由捕获/比较寄存器（CCRx）决定。

占空比 = CCRx / (ARR + 1)

2. 工作模式

PWM 模式 1（向上计数）：

CNT<CCRx 时，OCxREF 为有效电平；
CNT≥CCRx 时，为无效电平。

PWM 模式 2（向上计数）：

CNT<CCRx 时，OCxREF 为无效电平；
CNT≥CCRx 时，为有效电平。

极性控制：通过 CCER 寄存器 CCxP 位，定义有效电平为高或低。

3. 计数与中断特性（中央对齐模式）

CMS=01（中央对齐模式 1）：

仅计数器向下计数且 CNT=CCRx 时置位比较标志，每个 PWM 周期 1 次比较中断。

CMS=10（中央对齐模式 2）：

仅计数器向上计数且 CNT=CCRx 时置位比较标志，每个 PWM 周期 1 次比较中断。

CMS=11（中央对齐模式 3）：

计数器向上 / 向下计数且 CNT=CCRx 时均置位比较标志，每个 PWM 周期 2 次比较中断。

4. 输出控制与预装载机制

输出控制

输出信号的状态由多个寄存器位共同决定。

MOE（主输出使能）
OSSI（空闲状态输出）
OSSR（运行状态输出）
CCxE/CCxNE（通道及互补通道输出使能）

预装载机制

作用：确保PWM参数（ARR, CCRx）在更新事件时同步更新，避免修改参数导致波形出现毛刺或断裂。

ARPE位：使能ARR寄存器的预装载。
OCxPE位：使能CCRx寄存器的预装载。

四、关键保护与高级功能

1. 死区时间配置

作用：防止半桥 / 全桥电路中两个开关管同时导通导致短路。
原理：在互补信号（OCx和OCxN）的切换时刻，插入一段双方都为无效电平的"死区时间"。
实现：通过死区时间发生器，基于 OCxREF 参考波形生成 OCx 和 OCxN 两路互补信号。
配置：由 BDTR 寄存器 DTG [7:0] 位设定。

T_dts=T_clk*T_dtg
T_clk 为定时器时钟周期
T_dtg 为 DTG 配置值

2. 刹车（断路）功能

触发条件

内部断路：时钟安全系统（CSS）检测到时钟故障。
外部断路：BKIN 引脚（最高优先级硬件保护引脚）输入有效信号。

断路后动作

主输出使能（MOE）位清零，输出进入无效状态。
输出通道及互补通道电平设为安全状态（由 OSSI 和 OSSR 位控制）。
置位断路中断标志（BIF），可触发中断和 DMA 请求。
启用自动输出使能（AOE）时，MOE 位在下一个更新事件自动置 1，恢复输出。

3. 重复计数器（RCR）

功能：设定在 N+1 个计数器上溢/下溢事件后，才产生一次真正的更新事件（UEV）。
应用：方便地生成频率为基准PWM 1/(N+1) 的复杂波形，无需软件频繁干预。

五、输入测量功能

1. 输入捕获（测量脉宽）

原理：通过两次跳变沿捕获计数器值，差值乘以计数周期即为脉宽时间。

脉宽 = (第二次捕获值 - 第一次捕获值 + 溢出次数 * ARR) * 计数周期

步骤：

配置输入捕获通道和初始捕获边沿（如上升沿）；
第一次捕获后记录值并切换边沿（如下降沿）；
第二次捕获后计算两次值的差值；
脉宽超 ARR 时，需通过溢出中断计数溢出次数。

2. PWM输入捕获模式（特殊模式）

使用 CH1 和 CH2 两个捕获通道，仅支持 TIMx 的 CH1/CH2 通道。

配置：

使用两个捕获通道（通常为IC1和IC2）；
IC1捕获上升沿，并配置为触发信号（TRC）；
IC2捕获下降沿；
设置从模式为复位模式，当IC1捕获到上升沿时，计数器立即复位。

结果：

周期 = IC1捕获的值（因为每次上升沿计数器都复位）。
高电平时间 = IC2捕获的值。
占空比 = (IC2 / IC1) * 100%

六、编码器模式

功能：测量机械旋转/直线运动的位置、速度，将机械信号转换为电信号，本质是带方向选择的外部时钟应用。

工作前提：计数器仅在0~TIMx_ARR之间计数，开始前需配置TIMx_ARR寄存器；捕获器、比较器等其他特性正常工作。

计数方式与规则：

仅在 TI1 边沿计数：TI1 边沿触发计数，TI2 电平决定方向
TI2 低→TI1 上升增 / 下降减；TI2 高→TI1 上升减 / 下降增

仅在 TI2 边沿计数：TI2 边沿触发计数，TI1 电平决定方向
TI1 低→TI2 上升增 / 下降减；TI1 高→TI2 上升减 / 下降增

在 TI1 和 TI2 边沿计数：两通道所有边沿均触发计数，分辨率提升 4 倍；
TI1 领先时计数器递增，TI2 领先时递减（适用于正交编码器）。

七、相关代码及分析

1. 定时器初始化函数

void MX_TIM1_Init(void)
{
  // 定义并初始化定时器时钟配置结构体
  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  // 定义并初始化定时器主模式配置结构体
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

  /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 1 */
  /* USER CODE END TIM1_Init 1 */
  // 用户代码区域1，用户可以在此添加自定义初始化代码

  // 设置定时器实例为TIM1（高级定时器）
  htim1.Instance = TIM1;
  // 设置预分频器为7200-1，即7199
  // 如果系统时钟为72MHz，则定时器时钟 = 72MHz / (7199+1) = 10kHz
  htim1.Init.Prescaler = 7200-1;
  // 设置计数器模式为向上计数
  htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  // 设置自动重载寄存器周期为1000-1，即999
  // 计数器从0计数到999，共1000个计数，产生更新事件
  htim1.Init.Period = 1000-1;
  // 设置时钟分频为不分频
  htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  // 设置重复计数器为0（高级定时器特有功能）
  htim1.Init.RepetitionCounter = 0;
  // 使能自动重载预装载功能
  // 新的ARR值会在下次更新事件时生效，避免在运行时修改ARR导致的不一致
  htim1.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
  
  // 初始化定时器基础配置，如果初始化失败则调用错误处理函数
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  
  // 配置时钟源为内部时钟
  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  // 配置定时器时钟源，如果配置失败则调用错误处理函数
  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim1, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  
  // 设置主模式触发输出为复位（不产生触发信号）
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  // 禁用主从模式
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  // 配置主模式同步设置，如果配置失败则调用错误处理函数
  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim1, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

2. 定时器中断启动函数

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);

3. 定时器周期溢出回调函数

// 当定时器计数器达到重装载值（周期值）时，HAL库会自动调用此函数
void HAL_TIM_PeriodElapseCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	// 检查触发回调的定时器实例是否是TIM2
	if(htim->Instance==TIM2)
	{
		// 切换GPIOA端口上LED_R_Pin、LED_G_Pin、LED_B_Pin引脚的电平状态
		// 如果引脚当前为高电平，则变为低电平；如果为低电平，则变为高电平
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,LED_R_Pin|LED_G_Pin|LED_B_Pin);
	}
}

4. 使用TIM实现LED闪烁频率切换

// 定义定时器1的自动重装载值数组，包含两个不同的周期值
// 1000-1 = 999，对应较短的定时周期
// 10000-1 = 9999，对应较长的定时周期
uint32_t tim1_arr[2] = {1000-1, 10000-1};

// 定义模式变量并初始化为0，用于在两种定时周期间切换
uint8_t mode = 0;

// 声明系统时钟配置函数
void SystemClock_Config(void);

int main(void)
{
  // 复位所有外设，初始化Flash接口和系统滴答定时器
  HAL_Init();

  // 配置系统时钟
  SystemClock_Config();

  // 初始化所有配置的外设
  MX_GPIO_Init();    // 初始化GPIO
  MX_TIM1_Init();    // 初始化定时器1

  // 启动定时器1的中断模式
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);

  while (1)
  {
    // 检测KEY_1按键是否被按下（高电平）
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,KEY_1_Pin) == GPIO_PIN_SET)
    {
      // 切换模式（0变1，1变0）
      mode = !mode;
      
      // 停止定时器1的中断
      HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim1);
      
      // 根据当前模式设置定时器1的自动重装载值
      // mode=0时使用tim1_arr[0]=999，mode=1时使用tim1_arr[1]=9999
      __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim1, tim1_arr[mode]);
      
      // 将定时器1的计数器清零
      __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim1, 0);
      
      // 重新启动定时器1的中断
      HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);
      
      // 按键消抖：等待按键释放
      while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,KEY_1_Pin) == GPIO_PIN_SET);
    }
  }
}

5. 使用PWM实现舵机控制

// 定义SG90舵机PWM脉宽范围（单位：微秒）
#define SG90_MIN 500   // 舵机-90°位置对应的脉宽（0.5ms）
#define SG90_MAX 2500  // 舵机+90°位置对应的脉宽（2.5ms）
#define SG90_STEP 500  // 舵机每次转动的步进值（约45°）

// 定义当前舵机角度对应的PWM脉宽值，初始化为500（-90°位置）
uint16_t sg90_angle = 500;

// 声明系统时钟配置函数
void SystemClock_Config(void);

int main(void)
{
  // 复位所有外设
  HAL_Init();

  // 配置系统时钟 
  SystemClock_Config();

  // 初始化所有配置的外设 
  MX_GPIO_Init();    // 初始化GPIO
  MX_TIM3_Init();    // 初始化定时器3（用于PWM输出）

  // 启动TIM3通道3的PWM输出（对应引脚PB0）
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_3);
  
  // 初始化舵机角度到-90°位置
  __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_3, sg90_angle);

  while (1)
  {
    // 检测KEY1按键是否按下（增加角度）
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, KEY1_Pin) == GPIO_PIN_SET)
    {
      // 检查是否超过最大角度限制
      if(sg90_angle + SG90_STEP <= SG90_MAX)
      {
        // 增加舵机角度（增加PWM脉宽）
        sg90_angle += SG90_STEP;
      }		
      
      // 更新PWM比较值，改变舵机角度
      __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_3, sg90_angle);
      
      // 延时300ms，确保舵机有足够时间转动到位
      HAL_Delay(300);
      
      // 等待按键释放（消抖）
      while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, KEY1_Pin) == GPIO_PIN_SET);
    }

    // 检测KEY2按键是否按下（减少角度）
    // 注意：这里有错误，应该检测GPIOC,KEY2_Pin，但等待释放时检测的是KEY1
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, KEY2_Pin) == GPIO_PIN_SET)
    {
      // 检查是否超过最小角度限制
      if(sg90_angle - SG90_STEP >= SG90_MIN)
      {
        // 减少舵机角度（减少PWM脉宽）
        sg90_angle -= SG90_STEP;
      }		
      
      // 更新PWM比较值，改变舵机角度
      __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_3, sg90_angle);
      
      // 延时300ms，确保舵机有足够时间转动到位
      HAL_Delay(300);
      
      // 等待按键释放（消抖）- 这里有错误，应该等待KEY2释放而不是KEY1
      while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, KEY1_Pin) == GPIO_PIN_SET);
    }  
  }
}

6. 使用PWM实现呼吸灯

// 定义PWM占空比的值，对应CCR寄存器的值，初始为0（最低亮度）
uint16_t pwm_val = 0;

// 定义亮度变化方向：10表示变亮，-10表示变暗，初始为变亮方向
int8_t dir = 10;

// 声明系统时钟配置函数
void SystemClock_Config(void);

int main(void)
{
  // 复位所有外设，初始化Flash接口和系统滴答定时器 
  HAL_Init();

  // 配置系统时钟 
  SystemClock_Config();

  // 初始化所有配置的外设 
  MX_GPIO_Init();    // 初始化GPIO
  MX_TIM2_Init();    // 初始化定时器2（用于PWM输出）

  // 启动TIM2的三个PWM通道
  // 通道2、3、4分别控制不同的LED（可能是RGB三色LED）
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_2);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_3);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_4);

  while (1)
  {
    // 设置三个PWM通道的比较值（占空比），控制LED亮度
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_2, pwm_val);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_3, pwm_val);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_4, pwm_val);

    // 根据方向更新PWM值
    pwm_val += dir;

    // 边界检查：当PWM值达到最大值1000时，改变方向为减小（变暗）
    if(pwm_val >= 1000) 
        dir = -10;

    // 边界检查：当PWM值达到最小值0时，改变方向为增加（变亮）
    if(pwm_val <= 0) 
        dir = 10;

    // 延时5ms，控制呼吸灯变化速度
    HAL_Delay(5);
  }
}

7. 使用TIM触发ADC采集

// 定义变量存储ADC原始值
uint32_t adc_val = 0;

// 定义变量存储计算出的电压值
float voltage = 0.0f;

// 定义变量存储计算出的温度值
float tem = 0.0f;

// 声明系统时钟配置函数
void SystemClock_Config(void);

int main(void)
{
  // 复位所有外设，初始化Flash接口和系统滴答定时器 
  HAL_Init();

  // 配置系统时钟 
  SystemClock_Config();

  // 初始化所有配置的外设 
  MX_GPIO_Init();           // 初始化GPIO
  MX_ADC1_Init();           // 初始化ADC1（用于读取内部温度传感器）
  MX_TIM3_Init();           // 初始化定时器3
  MX_USART1_UART_Init();    // 初始化USART1串口（用于输出温度数据）

  // 开始ADC1的校准，提高ADC精度
  HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
  
  // 启动ADC1转换
  HAL_ADC_Start(&hadc1);
  
  // 启动定时器3（可能用于其他功能或定时触发ADC）
  HAL_TIM_Base_Start(&htim3);
  
  // 延时3秒，等待系统稳定
  HAL_Delay(3000);

  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    // 等待ADC转换完成，使用最大超时时间
    if(HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK)
    {
      // 获取ADC转换结果（12位分辨率，范围0-4095）
      adc_val = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
      
      // 将ADC原始值转换为电压值（假设参考电压为3.3V）
      // 公式：电压 = (ADC值 / 最大ADC值) × 参考电压
      voltage = (float)adc_val / 4095 * 3.3f;
      
      // 根据STM32内部温度传感器特性计算温度
      // 公式：温度 = (1.43 - 电压) / 0.0043 + 25
      // 其中：1.43V是25°C时的典型电压，0.0043是温度系数(V/°C)
      tem = (1.43f - voltage) / 0.0043f + 25;
      
      // 通过串口输出温度值，保留3位小数
      printf("当前芯片内部温度为：%.3f\r\n", tem);
    }
  }
}

8. TIM编码器模式

// 定义编码器当前计数值
int16_t encoder_cnt = 0;

// 定义编码器上一次的计数值，用于检测变化
int16_t encoder_last = 0;

// 记录编码器停止移动的时间点
uint32_t no_move_time = 0;

// 编码器静止状态标志：0-运动中，1-已静止
uint8_t encoder_static = 0;

// 声明系统时钟配置函数
void SystemClock_Config(void);

int main(void)
{
  // 复位所有外设，初始化Flash接口和系统滴答定时器 
  HAL_Init();

  // 配置系统时钟 
  SystemClock_Config();

  // 初始化所有配置的外设
  MX_GPIO_Init();           // 初始化GPIO
  MX_TIM3_Init();           // 初始化定时器3（配置为编码器模式）
  MX_USART1_UART_Init();    // 初始化USART1串口（用于输出状态信息）

  // 启动定时器3的编码器接口模式，同时使能两个通道
  HAL_TIM_Encoder_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_ALL);

  while (1)
  {
    // 获取编码器当前的计数值
    encoder_cnt = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3);
    
    // 检查编码器计数值是否发生变化（即编码器是否转动）
    if(encoder_cnt != encoder_last)
    {
      // 重置静止标志，表示编码器正在运动
      encoder_static = 0;
      
      // 记录当前时间作为最后一次运动的时间
      no_move_time = HAL_GetTick();
      
      // 计算计数值的变化量
      uint16_t diff = encoder_cnt - encoder_last;
      
      // 判断编码器转动方向
      if(__HAL_TIM_IS_TIM_COUNTING_DOWN(&htim3))
      {
        // 如果定时器在递减计数，表示逆时针转动
        printf("逆时针运行：%d, 当前位置： %d\r\n", diff, encoder_cnt);
      }
      else
      {
        // 如果定时器在递增计数，表示顺时针转动
        printf("顺时针运行：%d, 当前位置： %d\r\n", diff, encoder_cnt);
      }
      
      // 更新上一次的计数值
      encoder_last = encoder_cnt;
    }
    else
    {
      // 编码器没有移动，检查是否静止超过2秒且尚未报告静止状态
      if(HAL_GetTick() - no_move_time > 2000 && encoder_static == 0)
      {
        // 设置静止标志，避免重复报告
        encoder_static = 1;
        
        // 报告编码器已静止超过2秒
        printf("当前编码器静止超过2s，当前位置： %d\r\n", encoder_cnt);
      }
    }
    
    // 检测编码器的按键（SW）是否被按下（低电平有效）
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, EC1_SW_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
      // 延时20ms进行按键消抖
      HAL_Delay(20);
      
      // 再次检测按键状态，确认按键确实被按下
      if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, EC1_SW_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
      {
        // 报告按键被按下
        printf("sw按键被按下\r\n");
        
        // 等待按键释放（防止连续触发）
        while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, EC1_SW_Pin) == GPIO_PIN_RESET);
      }
    }
  }
}