代码收藏家 STM32-定时器与PWM
一、定时器介绍
（一）STM32 定时器概述
- STM32 系列芯片有多种定时器，包括基本定时器（TIM6 和 TIM7）、通用定时器（TIM2 – TIM5）和高级定时器（TIM1 和 TIM8）。这些定时器可以用于多种功能，如定时中断、输入捕获、输出比较和 PWM（脉冲宽度调制）生成等。
- 定时器的核心是一个 16 位或 32 位的计数器，它根据预分频器（PSC）的值对内部时钟（一般由系统时钟提供）进行分频后计数。例如，系统时钟频率为 72MHz，预分频器设置为 71，那么计数器的计数频率就是 72MHz/(71 + 1)=1MHz，即每 1 微秒计数器加 1。
（二）基本定时器（TIM6 和 TIM7）
- 功能特点：基本定时器主要用于简单的定时功能，产生定时中断。它相对比较简单，只有一个 16 位的自动重装载计数器和一个 16 位的预分频器。
- 应用场景：例如，在一个简单的定时任务系统中，使用 TIM6 定时器来产生 1ms 的定时中断，以更新系统中的时间戳或者周期性地执行一些后台任务，如检查传感器状态等。配置步骤大致如下：
（三）通用定时器（TIM2 – TIM5）
- 功能特点：通用定时器在基本定时器的基础上增加了更多功能。它们具有输入捕获和输出比较功能。输入捕获可以用于测量外部信号的脉冲宽度、周期等参数。输出比较可以用于在计数器达到特定值时改变输出电平，从而生成 PWM 信号等。
- 应用场景：在电机控制领域，利用通用定时器的输出比较功能来生成 PWM 信号控制电机转速。以控制直流电机为例，通过改变 PWM 信号的占空比来调节电机两端的平均电压，从而控制电机的转速。在信号测量方面，输入捕获功能可用于测量外部脉冲信号的频率。假设要测量一个方波信号的频率，将该信号接入通用定时器的输入捕获引脚，通过记录两次上升沿（或下降沿）之间的计数器值和计数频率，就可以计算出信号的频率。
（四）高级定时器（TIM1 和 TIM8）
- 功能特点：高级定时器在通用定时器的基础上增加了一些高级特性，如死区时间插入、互补输出等。死区时间插入主要用于防止在电机控制等应用中，上下桥臂同时导通而造成短路。互补输出可以用于驱动三相电机等复杂的负载。
- 应用场景：在三相交流电机的变频调速控制中，高级定时器的互补输出和死区时间插入功能就显得尤为重要。通过生成具有合适死区时间的三相 PWM 信号来控制电机的三相绕组，实现电机的平稳调速和高效运行。
二、PWM介绍
（一）定义
（二）基本原理
（三）优点及应用范围
1、优点：
2、应用范围：
3、主要参数
（四）PWM 的产生
（五）PWM 工作原理
（六）PWM 输出的模式区别
（七）PWM 的计数模式
（八）PWM 相关配置寄存器
1、捕获 / 比较模式寄存器（TIMx_CCMR1）：
2、捕获 / 比较使能寄存器（TIMx_CCER）：
3、捕获 / 比较寄存器（TIMx_CCR1）：
三、定时器项目配置
（一）使用Stm32 Cube Mx创建项目
（1）新建工程
（2）芯片选择
（3）配置SYS
选择调试接口，点System Cor，选择SYS。，在右侧弹出的菜单栏中选Serial Wire。
（4）配置RCC
点System Cor，选择RCC，在右侧弹出的菜单栏中选Crystal/Ceramic Resonator
（5）定义IO口输出
选择PA1作为LED灯的输出，将其选为GPIO-OUT
（6）配置定时器2和定时器3
这里我们使用定时器2和定时器3来实现定时的功能。如图所示，依次点击位置1，选中定时器2；位置2，配置定时器2的时钟源为内部时钟；位置3，分频系数为71，向上计数模式，计数周期为5000，使能自动重载模式。
TIM2：
TIM3：
（7）配置中断
如下图所示，开启定时器2和定时器3的中断。
（8）配置USART
选择Connectivity，点开USART1，Mode选择异步通信Asynchronous
（9）配置时钟
（10）项目配置
然后创建工程项目。
（二）keil代码的编译
（1）定时器
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
该函数表示启动相应的定时器，“h”表示HAL库，“tim2”表示定时器2。所以这行代码的意思就是启动定时器2和定时器3。
（2）串口通信
uint8_t hello[20]="hello windows！\r\n";
（3）定时器中断回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
static uint32_t time_cnt =0;
static uint32_t time_cnt3 =0;
if(htim->Instance == TIM2)
{
if(++time_cnt >= 400)
{
time_cnt =0;
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,GPIO_PIN_1);
}
}
if(htim->Instance == TIM3)
{
if(++time_cnt3 >= 1000)
{
time_cnt3 =0;
HAL_UART_Transmit(&huart1,hello,20,100000);
}
}
}
该函数为定时器的中断回调函数，当产生定时中断的时候，会自动调用这个函数。在函数内部定义了定时器的一个静态变量：time_cnt与定时器3 的time_cnt3。
例如time_cnt，当它大于等于100的时候，才会执行if里面的代码。也就是说需要发生400次中断，才会让LED的状态翻转。前面已经算过了，一次定时中断的时间是0.005秒，所以400次中断的时间是0.005400=2秒。也就是说每隔2秒，LED的状态翻转一次。
（三）成果展示
（1）任务一：实际成果演示
（2）任务二：串口输出
四、PWM输出完成呼吸灯
（一）Stm32 Cube Mx创建项目工程
（1）新建项目项
（2）选择芯片
（3）配置RCC
点System Cor，选择RCC，在右侧弹出的菜单栏中选Crystal/Ceramic Resonator
（4）配置SYS
选择调试接口，点System Cor，选择SYS。，在右侧弹出的菜单栏中选Serial Wire。
（5）配置定时器3和定时器4
这里我们选择定时器3和定时器4来实现定时的功位置3，分频系数为71，向上计数模式，计数周期为500，使能自动重载模式。通道1选择：PWM Generation CH1（PWM输出通道1）
设置分频系数为71，计数周期为500，其它默认。
设置占空比初始值为10。
定时器4
我们也选择PWM Generation CH1（PWM输出通道1），计数周期根据自己需要进行设置
（6）时钟配置
（7）项目设置
（8）创建工程项目
（二）keil代码编译
（1）设置占空比
打开工程，主要修改main.c文件。首先定义一个变量，用来存储占空比：初值设为10。
uint16_t duty_num3 = 10;
uint16_t duty_num4 = 10;
（2）开启PWM信道
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_1);
（3）调用代码
这里我们设置为每隔50毫秒，占空比加10，如果超过500（也就是PWM周期），自动变成0。（即灯会从亮倒暗，逐渐变化）
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
HAL_Delay(50);
duty_num3 = duty_num3 + 10;
duty_num4 = duty_num4 + 10;
if(duty_num3 > 500)
{
duty_num3 = 0;
}
__HAL_TIM_SetCompare(&htim3,TIM_CHANNEL_1,duty_num3);
if(duty_num4 > 500)
{
duty_num4 = 0;
}
__HAL_TIM_SetCompare(&htim4,TIM_CHANNEL_1,duty_num4);
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}
（三）成果展示
(1)实际成果展示
（2）PWM输出波形
五、总结与体会
定时器在 STM32 中犹如一个精准的时钟管理者。它基于内部时钟源，通过设置预分频器和自动重装载寄存器的值来确定计数频率和周期。例如，对于一个系统时钟为 72MHz 的 STM32 芯片，若要设置一个合适的计数频率以实现 5 秒和 2 秒的定时，需要精心计算预分频器的值。以 5 秒定时器为例，若选择合适的预分频使计数频率为 1Hz（即每秒计数一次），那么自动重装载寄存器的值设置为 5 即可实现 5 秒的定时。这一过程让我对定时器的计数机制和时间控制原理有了透彻的理解，不再局限于以往简单的循环延时或 delay 函数那种粗略的时间控制方式。
通过本次实验，在 STM32 定时器的应用方面取得了显著的进步。不仅掌握了定时器的多种配置方式和应用场景，如多任务并发控制和 PWM 信号生成，还提高了自己的硬件调试能力和问题解决能力。在未来的学习和实践中，可以进一步探索定时器在更复杂系统中的应用，如电机控制中的精确调速、多传感器数据采集的定时触发等。同时，也意识到在嵌入式开发中，深入理解硬件原理和软件算法的结合是构建高效、稳定系统的关键所在。这次实验为我今后深入学习嵌入式系统开发奠定了坚实的基础，也激发了我进一步探索 STM32 更多功能和应用的热情。
作者：森林里的林
