STM32-MBD（1）Matlab2022/2023 安装 STM32 硬件支持包
STM32-MBD（1b）Matlab2025b 安装 STM32 硬件支持包
STM32-MBD（2）Simulink 模型部署入门：点灯
STM32-MBD（3）Simulink 模型部署之状态机：闪灯
STM32-MBD（4）Simulink 模型部署之状态机：开关控制
STM32-MBD（5）Simulink 模型开发之外部中断：开关控制
STM32-MBD（6）Simulink 模型开发之 PWM 输出
STM32-MBD（7）Simulink 模型开发之 定时器
STM32-MBD（8）Simulink 模型开发之 ADC 转换
STM32-MBD（9）Simulink 模型开发之串口通信
STM32-MBD（10）Simulink 模型开发之上位机
STM32-MBD（11）Simulink 模型开发之处理器在环仿真（PIL）

在基于 Simulink 的 STM32 Model-Based Design（MBD）开发中，定时中断是构建多任务系统、周期控制、实时调度的基础

在前期的 GPIO 点灯、按键输入实验中，系统仍处于“事件驱动 / 人工触发”阶段。而 TIM 定时中断实验 让系统进入 周期调度模式，通过本实验可以验证 硬件定时器 → Simulink Function-Call Subsystem 的完整链路，为后续 PWM、ADC 采样、FOC 控制环、多任务调度提供可信的时间基准。

1. 项目简介

1.1 项目内容

本文以 STM32G431 为目标平台，介绍如何使用 Simulink 构建 TIM 定时中断模型，并生成代码部署到 STM32 开发板运行，通过 LED 闪烁 这一可视化方式验证定时器调度的正确性。

youcans 本实验的目标是：

• 使用 TIM1 产生 周期性定时中断；
• 每次中断触发时，翻转一次 GPIO PA5（板载 LED） 状态；
• 通过 LED 的稳定闪烁，验证：
  • 定时器中断是否按设定周期触发；
  • Simulink 模型中的时间语义是否被 MCU 正确执行。

1.2 软硬件条件

关于所需的软硬件条件和安装过程，详见 【STM32-MBD】（1）安装 Simulink STM32 硬件支持包。
强烈建议安装相关软件时使用推荐版本。
请严格按照文中介绍的步骤安装和配置软件。

必需的硬件：

• STM32 开发板（如：NUCLEO-G431RB 开发板，也可以选择其它 STM32 开发板，但需要安装对应的固件包）。
• Micro-micro USB 数据线，或 USB Type-A 至 Micro-B 连接线缆，用于将STM32 Nucleo 板连接到 PC。

必需的软件：

• STM32 开发工具（建议首先严格使用推荐版本跑通本文项目）

  • STM32CubeMX （推荐使用 V6.4.0）
  • STM32CubeProgrammer （推荐使用 V2.6.0）
  • STM32CubeIDE（或 Keil，MDK-ARM 等 IDE 工具）
  • STM32Cube_FW_G4 固件包（推荐采用 V1.5.0）
    如果使用其它 STM32 MCU，则需选择对应的固件包。例如使用 STM32F4 时则要选择STM32Cube_FW_F4_V1.26.0 固件包。

• MATLAB/Simulink（本文使用 MATLAB R2022b，可以采用更新版本）

  • Simulink Coder：从 Simulink 模型、Stateflow 图和 MATLAB 函数生成并执行 C 和 C++ 代码，用于实时和非实时应用，包括仿真加速、快速原型构建和硬件在环测试
  • STM32 嵌入式硬件支持包，Embedded Coder Support Package for STMicroelectronics STM32 Processors，STM32 处理器的嵌入式硬件支持包

2. 用 STM32CubeMX 创建工程

2.1 基础配置

本例直接使用 STM32CubeMX 创建新的 STM32 工程。也可以从 Simulink 创建 STM32CubeMX 工程。

1. 打开 STM32CubeMX。

2. 选择 New Project（或Ctrl-N快捷键）新建工程，进入 New Project 界面。
   选择 STM32G431RB 作为目标 MCU（参考开发板的 MCU 型号）新建 CubeMX 工程，将工程保存为 “STM32G431_TIM01.ioc”。

3. 自动转入 CubeMX 的 Pinout Configuration 视图，进行管脚配置：
   （1）选择 “System Core – SYS” 设置调试器类型，将 Debug 模式设为 “Serial Wire”。
   （2）选择 “System Core – SYS” 设置基础时钟源，将 Timebase Source 设为 “TIM2”——非常重要！
   注意：Timebase Source 默认为 “SysTick”，但在 STM32支持包中 “SysTick” 已经用作框架的基础时间功能，因此必须修改为 非"SysTick" 的其它定时器。否则在编译项目时会报错——非常重要！。

（3）选择 “System Core – RCC” 配置时钟模式，设置高速晶振为外部时钟，将 High Speed Clock (HSE) 设为 “Crystal/Ceramic Resonator”。

（4）选择 “System Core – GPIO” ，配置 GPIO 用于 LED 指示或按键触发。

• 搜索 PA5 管脚（在 NUCLEO 开发板中 连接LD2 灯），将其设置为 GPIO_Output。
• 搜索 PA9 管脚，将其设置为 GPIO_Output。
• 可选地，搜索 PC13 管脚（在 NUCLEO 开发板中 连接蓝色用户按键 User Button），将其设置为 GPIO_EXTI13。

2.2 TIM 配置

4. 启用并配置TIM1 ：
   （1）选择 “引脚配置（Pinout & Configuration）”，从左侧下拉列表中选择 “Timers – TIM1 – TIM1 Mode and Configuration ” ，将时钟源设为内部时钟 “Clock Source: Internal Clock”。
   （2）配置 TIM 工作模式和参数。

Counter Settings
   Prescaler(PSC-16 bits value): 159
   Counter Mode: Up
   Counter Period(AutoReload Register-16 bits value): 999

（3）使能 NVIC 中断：
勾选 “TIM1 update interrupt and TIM16 global interrupt”。

2.3 项目配置

5. 在 Clock Configuration 视图进行时钟配置。
   如下图所示，APB2 定时器时钟为160MHz（TIM1挂载在APB2总线上）。

6. 点击菜单栏 “Project Manager” 进入工程配置界面，如下图所示。
   （1）在 Project Name 输入项目名称 “STM32G431_TIM01”。
   （2）在 Project 中勾选 “Do not generate the main()”，在生成代码时不生成 main.c 文件中的 main() 函数。
   （3）在 Toolchain/IDE 选择 IDE 工具为 “STM32CubeIDE”（也可以根据需要选择其它 IDE 工具 ），取消勾选 “Generate Under Root”。

（4）在 “Project Manager” 继续向下拉，“在 MCU and Firmware Package” 栏中，取消选中 “Use latest available version”，根据所安装的 G4 固件版本，选择 “STM32Cube FW_G4 V1.6.0”；
（5）如果固件包不是安装在默认路径，则要取消选中 “Use Default Firmware Location”，通过 Browse 选择固件包的安装路径。

（5）在 Code Generator 中，勾选 “Generate peripheral initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per peripheral”，让每个外设生成独立的’.c/.h’文件。

（6）在 Advanced Settings 中，**将 “Driver Selector” 全部设置为 “LL”（默认为 “HAL”），为外设选择低级 (LL) 驱动——非常重要！** 否则编译会报错。

（7）在 Advanced Settings 中，将 “Generated Function Calls” 的 “Visibility(Static)” 勾选项全部取消，对所有外设初始化函数调用取消选择可见性(静态)。

5. 完成以上配置后，使用快捷键 “CTL+S” 或点击 File–Save Project，保存 CubeMX 项目文件。
   注意：在 STM32CubeMX 中配置完成后，不要点击 “GENERATE CODE” 生成代码，而是直接保存项目文件 “STM32G431_TIM01.ioc”。

3. Simulink 仿真模型

3.1 模型任务与结构

开发任务：使用 TIM1 定时器，生成一个 1ms 的定时中断。
在以上 CubeMX配置下，APB2 Timer Clock = 160 MHz，PSC = 159 → Timer Counter Clock = (159+1)/160MHz= 1 MHz。设置 ARR = 999，则 UpdatePeriod= (999+1)/1MHz=1 ms。

[ TIM Module ] ──配置定时器
        │
[ Hardware Interrupt ] ──绑定 TIM1 Update ISR
        │
[ Triggered Subsystem ] ──中断服务逻辑（GPIO 翻转）

仿真模型使用 TIM模块负责计时，而以 Hardware Interrupt 模块作为中断服务程序的入口。

3.2 创建仿真模型

在 CubeMX 项目文件所在的路径（例如：“D:\SimulinkProjects\STM32G431_TIM01”）下新建 Simulink 仿真模型，注意 仿真模型 .slx 与 CubeMX 项目 .ioc 要保存在同一个目录下。

1. 运行 MATLAB 软件，打开 Simulink。点击 “空白模型” 创建新的 Simulink 模型，保存到本项目路径下：STM32G431_TIM01.slx。

2. 在仿真模型中添加 TIM 定时器模块。
   （1）点击菜单栏的 “库浏览器” 打开库浏览器，展开 “Embedded Coder Support Package for STMicroelectronics STM32 Processors – STM32G4xx Based Boards”。选择 “Timer” 模块，将其拖动到右侧的模型。
   （2）设置 “Timer” 模块参数。如图所示，选择 Timer module 为 “TIM1”，并勾选 “Enable frequency input”，出现 输入端口 freq count 对应于 ARR。
   （3）添加一个 constant 模块，作为 TIM 定时器模块的输入。
   设置 ARR=999，即配置一个 1ms 的定时器：

Timer Clock = APB2 Timer Clock/(PSC+1) = 160MHz/(159+1) = 1 MHz
Update Period = (ARR + 1) / Timer Clock = (999+1)/1MHz = 1 ms

注意：TIM 模块不会自动生成中断服务函数，它只完成硬件配置与计数器控制。youcans

3. 在仿真模型中添加 外部中断模块 Hardware Interrupt，作为 ISR 的入口。
   （1）从 “Embedded Coder Support Package for STMicroelectronics STM32 Processors – STM32G4xx Based Boards” 选择 “Hardware Interrupt” 模块，将其拖动到右侧的模型。
   （2）设置 “Hardware Interrupt” 参数。如图所示，选择 Interrupt group 为 “Timer(TIM)”，Interrupt name 为 “TIM1_UP_TIM16_IRQHandler”，Events to serve：TIM1 Update。
   该模块的作用是生成真实的 TIM1_UP_TIM16_IRQHandler，在 ISR 中清除 UIF 标志，调用 Simulink 的 function-call 调度点。如果没有这个模块，启用 Update Interrupt 会导致系统进入中断风暴并卡死。

4. 创建一个 Triggered Subsystem 模块，模拟“中断服务函数（ISR）”的执行体。
   （1）点击菜单栏的 “库浏览器” 打开库浏览器，展开 “Simulink/Ports &Subsystems”。选择 “Triggered Subsystem” 模块，将其拖动到右侧的仿真模型。
   （2）双击进入 “Function-Call Subsystem” 模块，将触发器类型设置为：“上升沿”
   （3）子系统内部逻辑如下：

   • 使用 Unit Delay（boolean） 保存 LED 上一次状态
   • 使用 NOT 运算对状态取反
   • 将结果写入 GPIO PA9

逻辑关系可以抽象为：

state(k) = NOT(state(k-1))

每次 TIM1 Update 中断触发一次执行。

3.3 关联 Simulink 模型与 CubeMX 工程

1. 在 Simulink 菜单选择 “建模” - “模型设置” （也可以用 CTRL+E），打开“配置参数”对话框。
   左侧边栏中选择“求解器”，如下图所示。
   （1）在右侧 “仿真时间” 设置为 “inf”。
   （2）在 “求解器选择” 选项设置类型为 “定步长”，“固定步长（基础采样时间）” 设为 “1e-3” 。
   （3）可选地，在 "任务和采样周期选项"下勾选：“将每个离散速率视为单独任务”和“自动处理数据传输的速率转换”。

2. 在右侧 “硬件实现（Hardware board settings）” 配置 “Target hardware resources” ，关联 STM32CubeMX 工程文件。
   （1）检查 PC 与 STM32G431 开发板连接正常。 在 “Hardware board” 选项的下拉框中选择 “STM32G4xx Based”.
   注意：必须确保 PC 与 STM32G431 开发板连接正常，才能进行硬件配置。
   （2）点击 “Browse” 选择当前项目的目录，选择 CubeMX 创建的工程文件 “STM32G431_TIM01.ioc”。
   （3）点击 “Target hardware resources–Timers”，配置 Timer group 为 “Advanced Timers 1/8/20” ，勾选 “Show TIM1 configurations”，“Start timer during model initialization” 和 计数器溢出/更新事件 “Enable Update Interrupt”。可选地，勾选 触发事件 “Enable Trigger interrupt”（本实验中非必须）。

3. 完成搭建仿真模型，保存为文件 STM32G431_TIM01.slx。注意仿真模型 .slx 与 CubeMX 项目 .ioc 要保存在相同的路径下。

3.4 STM32 代码生成与运行

1. 用 USB连接线连接 PC 与 NUCLEO-G431RB 开发板。

2. 在 Simulink 打开仿真模型 STM32G431_TIM01.slx。

3. 在 “硬件（Hardware）” 窗口点击 “编译、部署和启动”（Ctrl+B 快捷键），就启动模型 STM32G431_TIM01 的编译过程，为模型生成代码，并加载到 NUCLEO-G431RB 开发板。
   模型编译过程的主要信息显示在 “诊断查看器” 中，编译摘要如下。

    ### 正在启动 STM32G431_TIM01 的编译过程
    ### 正在为 '模型特定' 文件夹结构生成代码和工件
    ### 正在将代码生成到编译文件夹中: C:\MATLAB\MBD_STM32G431\STM32G431_TIM01\STM32G431_TIM01_ert_rtw
    ### Invoking Target Language Compiler on STM32G431_TIM01.rtw
    ### Using System Target File: C:\MATLAB\R2023b\rtw\c\ert\ert.tlc
...
    ### 使用工具链: GNU Tools for ARM Embedded Processors
    ### 'C:\MATLAB\MBD_STM32G431\STM32G431_TIM01\STM32G431_TIM01_ert_rtw\STM32G431_TIM01.mk' 是最新的
    ### 正在编译 'STM32G431_TIM01': "C:\MATLAB\R2023b\bin\win64\gmake"  -f STM32G431_TIM01.mk all
...
    Download verified successfully
    ### Successful completion of build procedure for: STM32G431_TIM01
    ### 'STM32G431_TIM01' 的 Simulink 缓存工件是在 'C:\MATLAB\MBD_STM32G431\STM32G431_TIM01\STM32G431_TIM01.slxc' 中创建的。
youcans@qq.com 编译过程已成功完成
    
编译的顶层模型目标:
    
    模型               操作           重新编译原因     
    =========================================
    STM32G431_TIM01  代码已生成并完成编译。  生成的代码已过期。  
    
    编译了 1 个模型，共 1 个模型(0 个模型已经是最新的)
    编译持续时间: 0h 0m 16.48s

3. 将生成的工程下载到 STM32 开发板并运行。
   在配置 PSC=159, ARR=500 时，TIM1 Update 周期约为 0.5ms。用示波器测试 PA9的输出信号，观测到方波周期 ≈ 1 ms，即500ms 翻转一次。

这表明：

• TIM1 定时中断工作正常；
• Simulink 中的时间设定已被 MCU 准确执行。

4. 中断计数分频调度实验

在实际嵌入式系统中，并不是每个周期任务都需要独立的硬件定时器。
更常见、也更工程化的做法是：

• 用一个高频、稳定的硬件定时中断作为“系统节拍”，
• 在中断服务逻辑中通过计数实现多个低频任务的调度。

例如，基础节拍：10 ms（100 Hz），快任务：每 10 ms 执行，慢任务：每 50 ms 执行。

4.1 实验目标

本实验展示如何在 Simulink MBD 下，用 TIM1 的 2 ms Update 中断，通过计数分频实现多周期 GPIO 控制。
TIM1 Update 中断周期：2 ms（500 Hz）
PA8：每次中断都翻转（2 ms 翻转），方波周期：4 ms（250 Hz）
PA9：每 5 次中断翻转一次（10 ms 翻转），方波周期：20 ms（50 Hz）

⚠️ 注意：“翻转周期”和“方波周期”不同，toggle 逻辑下的方波周期 = 2 × 翻转周期。

4.2 模型结构

本实验沿用上一节已验证成功的硬件中断架构：

TIM1 (ARR = 1999 → 2 ms)
        │
Hardware Interrupt (TIM1 Update)
        │
Function-Call Subsystem（中断调度子系统）
        │
 ┌─────────────┬─────────────┐
 │ PA8 快任务  │ PA9 慢任务  │
 └─────────────┴─────────────┘

其中：

• TIM 模块：负责 定时
• Hardware Interrupt 模块：负责 ISR 绑定与清中断
• 子系统：负责 调度策略与业务逻辑

子系统内部设计：计数分频调度逻辑

1. PA8：每次中断翻转（基准任务）
   PA8 作为“快任务”，逻辑为：state8(k) = NOT(state8(k−1))
   模块实现：Unit Delay（state8_z，初值 0）、Logical NOT、Digital Port Write（PA8）。
   每 2 ms 中断执行一次，因此：PA8 翻转周期 = 12 ms，PA8 方波周期 = 4 ms。

2. PA9：基于 Counter Limited 的“每 5 次中断翻转一次”
   PA9 作为“慢任务”，采用 计数分频 实现。

实验波形与结果分析
示波器观测结果与理论完全一致，说明：

• TIM1 硬件中断工作正常
• Counter Limited 分频逻辑正确
• Function-Call Subsystem 的中断调度可靠

youcans 将分频因子 5 改为 可调参数 N，可以在同一中断中实现不同周期的定时中断任务，构建 基于中断的多任务调度框架。

下图是 N=3 的波形：PA8 翻转周期 = 2 ms，P9 翻转周期 = 6ms。

（本节完）

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