STM32 通用定時器基本原理（基于 STM32F1）

參考資料：STM32F1xx官方資料：《STM32中文參考手冊V10》-第14章通用定時器

STM32 定時器分類

STM32F103 系列共有三類定時器：

🔎 通用定時器（TIM2~TIM5）是我們學習和使用最多的定時器。

STM32定時器：STM32F10x系列總共最多有8個定時器：

通用定時器主要特點

STM3 的通用 TIMx (TIM2、TIM3、TIM4 和 TIM5) 定時器功能特點包括：

位于低速的APB1總線上(APB1)16位計數器（TIMx_CNT）: [計數模式靈活：向上、向下、中心對齊]16 位向上、向下、向上/向下(中心對齊)計數模式，自動裝載計數器（TIMx_CNT）。可配置預分頻器（TIMx_PSC）：1~65535 :16 位可編程(可以實時修改)預分頻器(TIMx_PSC)，計數器時鐘頻率的分頻系數 為 1～65535 之間的任意數值。4個捕獲/比較通道（TIMx_CH1~CH4）:4 個獨立通道（TIMx_CH1~4），這些通道可以用來作為：1. 輸入捕獲 2. 輸出比較3. PWM 生成(邊緣或中間對齊模式) 4. 單脈沖模式輸出 支持外部觸發（ETR、ITRx）:可使用外部信號（TIMx_ETR）控制定時器和定時器互連（可以用 1 個定時器控制另外一個定時器）的同步電路。支持中斷/DMA :如下事件發生時產生中斷/DMA（6個獨立的IRQ/DMA請求生成器）： ① 更新：計數器向上溢出/向下溢出，計數器初始化(通過軟件或者內部/外部觸發) ② 觸發事件(計數器啟動、停止、初始化或者由內部/外部觸發計數) ③ 輸入捕獲 ④ 輸出比較 ⑤ 支持針對定位的增量(正交)編碼器和霍爾傳感器電路 ⑥ 觸發輸入作為外部時鐘或者按周期的電流管理

STM32 的通用定時器可以被用于：測量輸入信號的脈沖長度(輸入捕獲) 或者 產生輸出波形 (輸出比較和 PWM) 等。
使用定時器預分頻器和 RCC 時鐘控制器預分頻器，脈沖長度和波形周期可以在幾個微秒到幾個毫秒間調整。STM32 的每個通用定時器都是完全獨立的，沒有互相共享的任何資源。

計數模式詳解

通用定時器可以向上計數、向下計數、向上向下雙向計數模式。

① 向上計數模式：計數器從0計數到自動加載值(TIMx_ARR)，然后重新從0開始計數并且產生一個計數器溢出事件。
② 向下計數模式：計數器從自動裝入的值(TIMx_ARR)開始向下計數到0，然后從自動裝入的值重新開始，并產生一個計數器向下溢出事件。
③ 中央對齊模式（向上/向下計數）：計數器從0開始計數到自動裝入的值-1，產生一個計數器溢出事件，然后向下計數到1并且產生一個計數器溢出事件；然后再從0開始重新計數。

模式	描述
向上計數模式	CNT 從 0 計到 ARR，溢出后回到 0，觸發更新事件
向下計數模式	CNT 從 ARR 計到 0，再跳回 ARR
中心對齊模式	CNT ↑ 到 ARR，再 ↓ 到 0，形成對稱三角波計數

更新事件（UEV）在溢出/下溢時觸發，可以用于控制中斷、PWM更新等等。

通用定時器工作過程：

通用定時器結構圖：

各個寄存器功能匯總

定時器結構主要包括以上幾個模塊：

1. 時基單元（定時器核心）計數器（CNT）預分頻器（PSC）自動重裝載寄存器（ARR）更新事件（UEV）
用于產生周期性事件（如中斷、PWM更新等）2. 輸入捕獲單元（IC）檢測外部引腳電平變化（上升/下降沿）記錄 CNT 值，實現精確計時3. 輸出比較單元（OC）當 CNT = CCRx 時，產生比較事件可輸出特定脈沖、PWM、高低電平等4. PWM輸出單元通過改變 ARR（周期）和 CCRx（占空比）實現 PWM 波形輸出核心寄存器有：
TIMx_CNT		當前計數值
TIMx_PSC		預分頻值（決定定時器時鐘頻率）
TIMx_ARR		自動重裝載值（決定計數上限）
TIMx_CCRx		捕獲/比較寄存器，用于輸入捕獲或 PWM 輸出占空比
TIMx_CR1		控制寄存器，配置使能、計數模式等
TIMx_DIER		中斷使能寄存器
TIMx_SR			狀態寄存器，標志中斷源

通用定時器工作過程：
1?? 時鐘源選定
定時器時鐘 = 外設總線時鐘（APB1） × 倍頻因子（如2）
例如：APB1 = 36MHz，TIM2~5 定時器頻率為 72MHz
2?? 預分頻器（TIMx_PSC）
將定時器時鐘進一步分頻，比如設置為 7199，就變成了 10kHz
3?? 自動重裝載（TIMx_ARR）
決定了 CNT 的最大值。例如 ARR = 999，計數從 0~999，共 1000 次
4?? 更新事件（UEV）
每次 CNT 溢出都會觸發更新事件，可用于中斷、PWM刷新等

計數時鐘的選擇：

時基單元：

更新事件：

捕捉比較陣列：

PWM模式：

不同功能模塊分別適用的場景：

場景	功能模塊	說明
周期中斷	時基單元	通過 CNT+ARR+PSC 實現 1ms、1s 等周期事件
PWM 輸出	輸出比較	控制電機、LED 亮度等
輸入捕獲	捕獲比較	測量波形周期、頻率、脈寬
單脈沖輸出	輸出比較	產生一次性脈沖（如超聲測距）

STM32 通用定時器（TIM2~TIM5）是功能最強大、應用最廣泛的定時器模塊之一，支持定時、PWM、捕獲、比較等多種功能，是嵌入式開發中不可或缺的核心外設。其中，STM32 定時器支持多達 8 種計數時鐘來源，通過靈活配置選擇器、觸發器、濾波器等模塊，能夠實現豐富的定時、計數、同步、捕獲等復雜功能；配置 STM32 的 TIM2 定時器 進入 輸入捕獲模式， 用于 測量脈沖寬度（高電平時間、低電平時間或整個周期）；而時基單元是定時器的“心跳引擎”，通過 PSC、ARR 和 CNT 控制定時器的計數行為與中斷頻率，是實現周期性任務的基礎；STM32 的更新事件（UEV）是控制定時器影子寄存器同步、觸發中斷、啟動 DMA 和外設同步的核心機制，支持自動、軟件、從模式等多種觸發方式，并可通過 URS 精細控制；STM32 通用定時器的捕捉比較陣列（Capture/Compare Array，簡稱 CC 陣列） ：捕捉比較陣列是定時器功能的核心模塊，支持靈活配置為輸入捕獲或輸出比較，通過濾波器、分頻器、比較器等子模塊實現精準的信號測量與控制輸出；最后，STM32 的 PWM 模式通過定時器的輸出比較功能實現，ARR 控制周期，CCRx 控制占空比，通過邊沿/中心對齊實現不同波形特性，是控制電機、LED、蜂鳴器的核心技術。

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