前言

前面我们用 HAL_Delay() 做过延时，但 HAL_Delay() 有一个严重问题：它在等的时候，CPU 什么也做不了。更精确、更灵活的计时要靠硬件定时器。

定时器是 STM32 最强大的外设之一。这一篇我们从最基础的定时中断开始，一路做到 PWM 呼吸灯。

---

一、F407 的定时器家族

F407 有 14 个定时器，分三类：

类型	编号	位数	主要用途
高级定时器	TIM1、TIM8	16 位	PWM、互补输出、刹车、死区（电机控制）
通用定时器	TIM2、TIM5	32 位	定时中断、PWM、输入捕获
通用定时器	TIM3、TIM4	16 位	定时中断、PWM、输入捕获
通用定时器	TIM9~TIM14	16 位	定时中断、PWM
基本定时器	TIM6、TIM7	16 位	纯粹定时，无外部 IO

仅 TIM2 和 TIM5 是 32 位，TIM3/TIM4 是 16 位通用定时器。这是 F407 相较 F103 的重要差异——F103 的 TIM2~TIM5 全是 16 位，而 F407 的 TIM2/TIM5 升级到了 32 位。

---

二、定时器的工作原理

打个比方：

你每秒往碗里丢一颗豆子，规定碗里装 1000 颗时响铃，然后清空碗重新数。这就是定时器。

在 STM32 里：

• 时钟源：你的手（丢豆子的速度）

• 计数器（CNT）：碗里的豆子数

• 自动重装载值（ARR）：碗的容量（1000）

• 更新事件（溢出）：响铃

定时时间公式：

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

其中：

• PSC（Prescaler）：预分频系数，把定时器时钟降到你需要的频率

• ARR（Auto-Reload）：计数值，计到 ARR 就溢出

例子： 需要一个 1 秒的定时中断

定时器时钟 = 84MHz（APB1，TIM2~TIM5）
目标频率 = 1Hz（1秒）
分频方式：(PSC + 1) × (ARR + 1) = 84,000,000
​
常用的分法：
PSC = 8399  → 分频后 10kHz（0.1ms 一跳）
ARR = 9999  → 计 10000 次后溢出，即 1 秒

验证：(8399+1) × (9999+1) / 84,000,000 = 1.0s ✓

---

三、CubeMX 配置：定时中断

3.1 选择定时器

用 TIM2（通用 32 位定时器，挂在 APB1 上，时钟 84MHz）。

3.2 参数设置

在 Pinout & Configuration → Timers → TIM2：

• Clock Source：选择 Internal Clock

• Prescaler（PSC）：8400 - 1（CubeMX 中填入 8399，即计算值减 1；寄存器从 0 开始计数，实际分频 = 8399 + 1 = 8400，分频到 10kHz）

• Counter Mode：Up

• Counter Period（ARR）：10000 - 1（产生 10kHz / 10000 = 1Hz）

• Auto-reload preload：Enable

为什么写成 8400-1 和 10000-1？因为寄存器从 0 开始计数，设 8400-1 实际是 0~8399 共 8400 个时钟周期。

3.3 使能中断

切换到 NVIC Settings 标签 → 勾选 TIM2 global interrupt → Enabled

3.4 生成代码

Ctrl+S → GENERATE CODE

---

四、代码：定时中断翻转 LED

在 main() 中启动定时器：

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);  // 启动定时器中断
/* USER CODE END 2 */

添加中断回调函数：

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM2)
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);  // 1 秒翻转一次
    }
}
/* USER CODE END 4 */

编译下载，LED 应该以 2 秒为周期翻转（1s 亮 + 1s 灭）。

这和 HAL_Delay() 有什么区别？

方式	优缺点
HAL_Delay(500) + TogglePin	延时期间 CPU 空转，什么都不能干
定时器中断	CPU 在主循环里可以干别的事，中断来了才切换 LED

// 定时器方案：主循环可以处理其他任务
while (1)
{
    // 处理按键、读取传感器、更新屏幕……
    // LED 的翻转由硬件定时器在后台完成
}

---

五、PWM 输出——呼吸灯

5.1 什么是 PWM？

PWM（脉冲宽度调制）：快速切换高低电平，通过改变占空比（高电平时间占比）模拟出不同的"电压"。

占空比 0%：       ━━━━━━━━━━━━━━ 一直低（灭）
占空比 25%：      ▇▇▇▇▂▂▂▂▂▂▂▂ 大部分时间低（微亮）
占空比 50%：      ▇▇▇▇▇▇▂▂▂▂▂▂ 一半时间高（半亮）
占空比 75%：      ▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▂▂ 大部分时间高（很亮）
占空比 100%：     ▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ 一直高（最亮）

人眼有视觉暂留效应，PWM 频率 > 50Hz 时就感觉不到闪烁，只感受到平均亮度。

5.2 PWM 和定时器的关系

通道输出 PWM 不需要中断，完全由硬件自动完成——CPU 只需要设一下占空比（CCR 寄存器），计时器自己会翻转引脚。

计数器从 0 到 ARR 递增
当 CNT < CCR 时，输出高电平
当 CNT ≥ CCR 时，输出低电平

5.3 CubeMX 配置 PWM

用 TIM3（挂在 APB1 上，84MHz），选择一个支持 PWM 输出的引脚（查 datasheet 的 Alternate Function 表）。

以 PB0（TIM3_CH3） 为例：

1. 左侧选 TIM3

2. Clock Source：Internal Clock

3. Channel3：PWM Generation CH3

4. 参数设置：

   • Prescaler（PSC）：84 - 1（分频到 1MHz）

   • Counter Mode：Up

   • Counter Period（ARR）：1000 - 1（PWM 频率 = 1MHz / 1000 = 1kHz）

   • Auto-reload preload：Enable

   • Pulse（CCR）：500（初始占空比 50%）

5. 在 NVIC Settings 不需要勾选任何中断（PWM 不需要中断）

6. 图中 PB0 自动变成 TIM3_CH3

PWM 频率 = 定时器时钟 / (PSC+1) / (ARR+1) = 84MHz / 84 / 1000 = 1kHz — 人眼看不到闪烁。

5.4 代码：呼吸灯

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_3);  // 启动 PWM 输出
/* USER CODE END 2 */

主循环中改变占空比实现呼吸效果：

/* USER CODE BEGIN 3 */
uint16_t duty = 0;
uint8_t direction = 1;  // 1=变亮, 0=变暗

while (1)
{
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_3, duty);

    if (direction)
        duty += 5;
    else
        duty -= 5;

    if (duty >= 1000)
        direction = 0;
    if (duty == 0)
        direction = 1;

    HAL_Delay(10);  // 每 10ms 调整一次
}
/* USER CODE END 3 */

LED 引脚接 PB0（加上限流电阻），应该能看到 LED 从暗→亮→暗循环呼吸。

如果亮度变化不明显，试试把 duty += 5 改成 += 2，减少步进值，过渡更平滑。

---

六、PWM 的其他应用

PWM 不只是用来点灯的：

应用	原理
舵机控制	20ms 周期，1ms=0°，1.5ms=90°，2ms=180°
电机调速	占空比越大，电机转速越快
有源蜂鸣器	不同频率发出不同音调（乐谱）
LED 调光	改变亮度，调色温
模拟音频	高速 PWM + 低通滤波 ≈ DAC

---

七、常见坑

问题	原因
定时器中断没触发	NVIC 没勾选、没调 HAL_TIM_Base_Start_IT()
定时时间不准	PSC 和 ARR 忘记减 1（寄存器从 0 开始）
PWM 引脚没输出	忘了配 Alternate Function、引脚选错了
LED 一直最亮不呼吸	占空比自动重装载没开（Auto-reload preload = Disable）
呼吸频率不对	HAL_Delay(10) 加上循环里的计算时间，实际周期会偏慢

---

八、总结

概念	要点
定时中断	PSC 分频 + ARR 计数 → 周期执行代码
PWM	硬件自动翻转引脚 → CPU 只需改占空比
32 位定时器	TIM2 和 TIM5 可以计数到 2^32，几乎不可能溢出；TIM3/TIM4 是 16 位

练习：

1. 把定时中断改成 10ms 触发一次，在主循环中累计变量实现秒级计时

2. 尝试用两个定时器分别输出两个不同频率的 PWM，控制两个 LED 各自呼吸

3. 把呼吸频率调快（减 HAL_Delay），看看多快会开始闪烁（找到人眼视觉暂留的极限）

下一篇我们引入 外部中断 + 按键消抖，让 STM32 学会"响应外部事件"。