STM32 HAL 库中 TIM 定时器使用方法及案例

**在 STM32 的开发领域，定时器作为极为关键的外设，在众多场景中发挥着不可替代的作用。无论是精确的定时任务调度，如周期性的数据采集与处理；还是复杂的 PWM 输出应用，像电机转速的精准控制；亦或是时间测量相关的工作，比如测量外部信号的脉冲宽度，都离不开定时器的支持。本文将深入探讨 STM32 HAL 库中 TIM 定时器的使用方式，并结合具体案例详细阐述，帮助开发者更好地掌握这一强大工具。 **

TIM 定时器基础

在 STM32 体系中，TIM 定时器家族根据功能特性分为高级定时器、通用定时器和基本定时器。高级定时器功能最为丰富，除具备通用定时器的基本功能外，还拥有一些特殊功能，如带互补输出的 PWM 通道，常用于电机的全桥驱动控制。通用定时器则适用于大多数常规的定时、计数以及 PWM 输出场景。基本定时器相对简单，主要用于基本的定时功能。虽然它们的功能各有侧重，但底层工作原理却有相似之处。

工作原理

TIM 定时器本质上是一个计数器，其工作基于设定的时钟源进行计数操作。时钟源可以是内部的系统时钟，也可以是外部输入的时钟信号。当计数器数值达到预先设定的自动重载值（ARR）时，会触发溢出事件。这一事件可用于激活中断，使得 CPU 能够及时响应并执行特定的任务，比如更新传感器数据、控制通信接口的状态等。或是触发其他特定事件，如触发 DMA 传输，实现数据的自动搬运，提高系统效率。另外，通过对比较寄存器（CCR）的配置，能够实现定时比较功能，这在 PWM 输出等应用中发挥着重要作用。在 PWM 输出时，通过不断比较计数器值与 CCR 值，来确定输出引脚的电平状态，从而产生不同占空比的 PWM 波形。

HAL 库中 TIM 定时器的使用方法

初始化 TIM 定时器
利用 HAL 库初始化 TIM 定时器时，需要对定时器的时钟源、分频系数、计数模式以及自动重载值等关键参数进行配置。以下是一个通用定时器初始化的示例代码：

TIM_HandleTypeDef htim2;
// 定时器初始化函数
void TIM2_Init(void)
{
    // 选择TIM2定时器
    htim2.Instance = TIM2;
    // 分频系数设置，72MHz系统时钟分频后为1MHz，即每1微秒计数一次
    htim2.Init.Prescaler = 72 - 1;
    // 设置为向上计数模式，计数器从0开始，每次计数增加1，直到达到自动重载值
    htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    // 自动重载值设置，计数到999后溢出，配合1MHz计数频率，实现1ms定时
    htim2.Init.Period = 1000 - 1;
    // 时钟分频设置，这里不分频
    htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    // 调用HAL库函数进行定时器初始化
    if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2)!= HAL_OK)
    {
        // 初始化失败，调用错误处理函数
        Error_Handler();
    }
}

在这段代码中，我们将 TIM2 的计数频率设置为 1MHz，每 1ms 便会产生一次溢出事件。这样的定时精度可以满足许多常见的应用需求，如 LED 的闪烁控制、简单的定时任务调度等。

启动和停止定时器

启动和停止定时器的操作非常简便，借助 HAL 库提供的函数即可完成：

// 启动定时器，使能定时器开始计数
HAL_TIM_Base_Start(&htim2);
// 停止定时器，计数器停止计数
HAL_TIM_Base_Stop(&htim2);

通过这两个函数，开发者可以灵活地控制定时器的运行状态。在需要进行精确时间测量时，先启动定时器，测量完成后及时停止，获取计数值进行后续处理。

定时器中断配置

若要在定时器溢出时执行特定操作，就需要进行中断配置。首先，在完成定时器初始化后，需使能定时器中断：

// 启动定时器中断，当定时器溢出时触发中断
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

接着，在中断处理函数中编写具体执行代码。在 STM32 中，定时器中断处理函数通常位于stm32f4xx_it.c文件内：

void TIM2_IRQHandler(void)
{
    // 检查是否发生更新中断标志
    if (__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim2, TIM_FLAG_UPDATE)!= RESET)
    {
        // 检查是否是更新中断源触发
        if (__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(&htim2, TIM_IT_UPDATE)!= RESET)
        {
            // 清除中断标志位，准备下一次中断
            __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim2, TIM_IT_UPDATE);
            // 在此编写定时中断执行代码
            // 例如：实现LED闪烁，假设PC13引脚连接LED
            HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
        }
    }
}

上述代码展示了，当定时器 TIM2 产生溢出中断时，会切换 PC13 引脚的电平状态，从而实现 LED 的闪烁效果。通过这种方式，可以利用定时器中断实现各种周期性的任务，如周期性的状态监测、数据发送等。

案例：使用 TIM 定时器产生 PWM 波控制舵机

使用 CubeMX 配置 TIM 定时器
打开 CubeMX 并创建新项目：选择对应的 STM32 芯片型号后进入配置界面。
配置时钟：确保系统时钟设置正确，这里我们设置为 72MHz。
选择 TIM 定时器：以 TIM3 为例，在Pinout & Configuration选项卡中找到 TIM3，将其Channel1设置为PWM Generation CH1。
配置 TIM3 参数：在Configuration选项卡中设置定时器参数。Prescaler设置为 72 – 1，使得定时器时钟频率为 1MHz；Counter Mode选择Up向上计数模式；Period设置为 19999，配合 1MHz 时钟频率，产生周期为 20ms 的 PWM 信号（舵机控制信号周期通常为 20ms）。
配置 PWM 通道参数：在TIM3 Channel1中，Mode选择PWM mode 1，Pulse初始值可设置为 1500（对应 1.5ms 的脉冲宽度，一般为舵机的中间位置），Polarity设置为High高电平有效。
生成代码：完成上述配置后，点击Project Manager，设置好项目名称、路径等，然后点击Generate Code生成代码。

代码实现

生成代码后，在main.c文件中添加如下代码：

#include "main.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"

TIM_HandleTypeDef htim3;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_TIM3_Init(void);

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_TIM3_Init();

    // 启动PWM通道
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);

    while (1)
    {
        // 例如将舵机旋转到90度位置（假设对应2ms脉冲宽度，即2000的脉冲值）
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 2000);
        HAL_Delay(2000);
        // 将舵机旋转到0度位置（假设对应1ms脉冲宽度，即1000的脉冲值）
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 1000);
        HAL_Delay(2000);
    }
}

void SystemClock_Config(void)
{
    // 时钟配置代码，由CubeMX生成
}

static void MX_GPIO_Init(void)
{
    // GPIO初始化代码，由CubeMX生成
}

static void MX_TIM3_Init(void)
{
    // TIM3初始化代码，由CubeMX生成
}

通过上述 CubeMX 配置和代码，我们实现了使用 TIM 定时器产生 PWM 波来控制舵机的转动。在实际应用中，可以根据具体需求调整 PWM 的脉冲宽度（即通过修改__HAL_TIM_SET_COMPARE函数中的参数），从而精确控制舵机的角度。

调整 PWM 占空比

在控制舵机时，通过修改比较寄存器（CCR）的值，也就是调整__HAL_TIM_SET_COMPARE函数中的参数，能够灵活调整 PWM 的占空比，进而控制舵机的角度。例如，将舵机旋转到某个特定角度对应的脉冲宽度值设置到__HAL_TIM_SET_COMPARE函数中，即可实现舵机的角度控制。

总结

通过上述内容的介绍以及实际案例的展示，我们深入了解了 STM32 HAL 库中 TIM 定时器的基本使用方法，涵盖定时器初始化、中断配置以及 PWM 输出等应用场景。定时器在 STM32 开发中占据着重要地位，熟练掌握其使用方法，对于构建复杂的嵌入式系统至关重要。希望本文能够助力大家在 STM32 开发过程中，更加高效地运用 TIM 定时器，实现更多创新的应用。

作者：B. D