STM32定时器详解：从延时到PWM输出

上一篇搞定了串口，这篇讲定时器。
定时器是STM32最复杂也最强大的外设之一——延时、PWM、测频、编码器全靠它。
这篇用大白话把定时器的核心用法讲透，看完就能上手。

一、定时器到底能干什么？

很多新手觉得定时器就是"定时用的"，其实它能干的事远比你想的多：

一句话：定时器是STM32的"瑞士军刀"，搞不定它，很多项目做不了。

二、STM32定时器的分类

STM32F1系列有8个定时器，分三类：

┌─────────────────────────────────────┐ │ 高级定时器（2个） │ │ TIM1、TIM8 │ │ 功能最全：6路PWM互补输出、死区（死区=互补PWM两路输出之间的"都关闭"的短暂间隔，防止电机驱动的上下桥臂同时导通导致短路，新手暂时不用深究） │ │ 适用：电机控制、电源 │ ├─────────────────────────────────────┤ │ 通用定时器（4个） │ │ TIM2、TIM3、TIM4、TIM5 │ │ 功能中等：4路PWM、输入捕获 │ │ 适用：PWM调光、测频、舵机 │ ├─────────────────────────────────────┤ │ 基本定时器（2个） │ │ TIM6、TIM7 │ │ 功能最简：只能定时中断 │ │ 适用：纯延时、DAC触发 │ └─────────────────────────────────────┘

新手建议：先学通用定时器（TIM2-TIM5），它覆盖了90%的常用场景。

三、定时器的核心概念：预分频和重装载

这是理解定时器最关键的两个参数，先搞懂它们，后面的都好办。

3.1 时钟源

定时器的计数时钟来自哪里？以STM32F103（72MHz主频）为例：

系统时钟 72MHz ↓ APB1分频（通常/2 = 36MHz） ↓ 定时器自动×2倍频 = 72MHz ↓ 预分频器(PSC) ↓ 计数器(CNT) ↓ 重装载值(ARR) ↓ 触发中断/事件

坑点：TIM2-TIM5挂在APB1（最大36MHz），但STM32硬件会自动×2倍频，所以通用定时器的时钟也是72MHz。别以为APB1是36MHz，定时器就只能36MHz。

为什么APB1分频了又要倍频？STM32设计上，APB1总线最大只能跑36MHz（为了保证总线上的外设稳定工作），所以系统时钟72MHz要先÷2再给APB1。但定时器需要更高频率才能实现精细计时，所以硬件在APB1分频系数≠1时，自动把定时器时钟×2补偿回来，让定时器能跑到72MHz。这不是多此一举，而是总线速度和定时器精度的折中设计。

3.2 预分频器（PSC）

作用：把72MHz分频成更慢的计数时钟。

计数频率 = 72MHz / (PSC + 1)

为什么+1？因为PSC=0表示不分频（÷1），PSC=1表示÷2，所以分频系数 = PSC+1。

例：要1MHz计数频率（1μs计一个数）：

PSC = 72MHz / 1MHz - 1 = 71

3.3 重装载值（ARR）

作用：计数器计到这个值就清零，并触发更新事件（中断）。

中断周期 = (ARR + 1) / 计数频率

同样+1，因为计数器从0计到ARR（含ARR），共ARR+1个数。

3.4 计算公式

定时中断频率：

中断频率 = 72MHz / [(PSC + 1) × (ARR + 1)]

例：要1kHz中断（1ms一次）：

方案1：PSC=71（1MHz计数），ARR=999（1ms触发） 方案2：PSC=7199（10kHz计数），ARR=9（1ms触发）

建议：PSC取小、ARR取大，定时器精度更高。比如1ms中断用PSC=71, ARR=999比PSC=7199, ARR=9精度好。

四、定时中断实现（让LED每秒翻转）

以TIM2为例，实现1秒定时中断。

4.1 HAL库版（CubeMX配置）

CubeMX配置：

Timers → TIM2 → 勾选 "Internal Clock" Prescaler (PSC): 7199 → 10kHz计数频率 Counter Period (ARR): 9999 → 1秒触发一次 NVIC Settings → TIM2 global interrupt → Enable

代码：

/* main.c */MX_TIM2_Init();/* 初始化定时器 */HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);/* 启动定时中断 *//* 重写回调函数（名字固定） */voidHAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef*htim){if(htim->Instance==TIM2){HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);/* 翻转LED */}}

4.2 寄存器版

voidtim2_init(void){RCC->APB1ENR|=(1<<0);/* 开TIM2时钟 */TIM2->PSC=7199;/* 预分频：72MHz/7200 = 10kHz */TIM2->ARR=9999;/* 重装载：10kHz/10000 = 1Hz */TIM2->DIER|=(1<<0);/* 允许更新中断 */TIM2->CR1|=(1<<0);/* 启动定时器 */NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);/* NVIC使能（NVIC=嵌套向量中断控制器，STM32内部管理中断的硬件模块，这里告诉它"允许TIM2中断"） */}/* 中断服务函数（名字固定，启动文件里定义） */voidTIM2_IRQHandler(void){if(TIM2->SR&(1<<0)){/* 检查更新中断标志 */TIM2->SR&=~(1<<0);/* 清标志（必须！） */GPIOC->ODR^=(1<<13);/* 翻转PC13 */}}

关键：中断函数里必须清除中断标志，否则会无限重入中断，主程序根本跑不了。

五、用定时器实现精确延时

上一篇串口文章里，延时用的是HAL_Delay()或while(count--)。前者精度毫秒级，后者更不准。用定时器可以实现微秒级精确延时。

5.1 微秒延时（阻塞式）

利用CNT计数器，1MHz计数频率下，CNT每加1就是1μs：

/* 前提：TIM配置为PSC=71（1MHz计数），ARR=65535 */voiddelay_us(uint16_tus){__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2,0);/* 计数器清零 */while(__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2)<us);/* 等到计数到us */}

5.2 毫秒延时

voiddelay_ms(uint16_tms){while(ms--){delay_us(1000);}}

适用场景：传感器初始化序列、时序敏感的通信协议。HAL_Delay()最小1ms，做不了μs级延时。

六、PWM输出：调LED亮度/控制舵机

PWM（脉宽调制）是定时器最常用的功能之一。

6.1 PWM原理

PWM通过改变"高电平占整个周期的比例"（占空比），来控制平均电压：

占空比 50%： ┌──┐ ┌──┐ ┌──┐ │ │ │ │ │ │ ──┘ └──┘ └──┘ └── ←周期→ 占空比 20%（LED暗）： ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ │ │ │ │ │ │ ──┘ └────┘ └────┘ └─── 占空比 80%（LED亮）： ┌───┐ ┌───┐ ┌───┐ │ │ │ │ │ │ ──┘ └──┘ └──┘ └─

平均电压 = 供电电压 × 占空比。占空比越大，LED越亮。

6.2 三个关键参数

6.3 PWM调光实现（HAL库）

CubeMX配置：

TIM3 → Channel1 → PWM Generation CH1 Prescaler: 71 → 1MHz计数 Counter Period (ARR): 999 → 1kHz PWM频率 Pulse (CCR): 500 → 初始50%占空比

代码：

/* 启动PWM */MX_TIM3_Init();HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);/* 调节占空比（0-1000对应0%-100%） */__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_1,500);/* 50%亮度 *//* 呼吸灯效果 */uint16_tbrightness=0;int8_tstep=10;while(1){__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_1,brightness);brightness+=step;if(brightness>=1000||brightness==0)step=-step;HAL_Delay(20);}

呼吸灯原理：占空比从0渐变到100%再变回0，循环往复，LED看起来像在"呼吸"。

6.4 PWM控制舵机

舵机（SG90）控制信号是50Hz PWM，占空比2.5%-12.5%对应0-180度。

这些参数怎么来的？舵机内部的控制电路期望接收50Hz（周期20ms）的PWM信号，其中高电平持续时间0.5ms-2.5ms对应0-180度。换算成占空比：0.5ms/20ms=2.5%，2.5ms/20ms=12.5%。这些参数来自SG90的Datasheet（数据手册），不同舵机可能不同。

/* 舵机配置：50Hz PWM *//* PSC=71(1MHz), ARR=19999 → 1MHz/20000 = 50Hz *//* CCR 500-2500 对应 0-180度 */voidservo_set_angle(floatangle){uint16_tccr=500+(uint16_t)(angle*2000.0/180.0);__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_1,ccr);}/* 使用 */servo_set_angle(0);/* 0度 */HAL_Delay(1000);servo_set_angle(90);/* 90度 */HAL_Delay(1000);servo_set_angle(180);/* 180度 */

七、输入捕获：测量频率

输入捕获可以测脉冲宽度、频率，常用于转速测量、超声波测距。

7.1 原理

┌─────────┐ ┌─────────┐ │ │ │ │ ───────┘ └─────────┘ └── ↑ ↑ 捕获点1 捕获点2 (上升沿) (下降沿) 两次捕获的CNT差值 = 高电平时间

定时器在引脚电平变化时（上升沿/下降沿）自动把当前CNT值存入CCR，通过两次CCR差值就能算出脉冲宽度。

7.2 测量频率代码（HAL库）

uint32_tcapture_val1=0,capture_val2=0;uint8_tcapture_flag=0;floatfrequency=0;/* CubeMX: TIM4 CH1, 配置为上升沿捕获 */voidHAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef*htim){if(htim->Instance==TIM4){if(capture_flag==0){capture_val1=HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim,TIM_CHANNEL_1);capture_flag=1;}else{capture_val2=HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim,TIM_CHANNEL_1);/* 计算周期（假设计数频率1MHz） */uint32_tperiod=capture_val2-capture_val1;if(period>0){frequency=1000000.0/period;/* 1MHz / 周期 */}capture_flag=0;}}}/* 启动 */HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim4,TIM_CHANNEL_1);

应用：测电机转速（霍尔传感器输出脉冲）、超声波HC-SR04回波时间、红外遥控解码。

八、常见踩坑

坑1：定时中断不触发

排查顺序：

1. 开了时钟吗？RCC->APB1ENR对应位
2. 开了中断吗？TIMx->DIER的UIE位
3. NVIC使能了吗？NVIC_EnableIRQ()
4. 启动定时器了吗？TIMx->CR1的CEN位
5. 清标志了吗？中断函数里必须清SR的UIF位

五步缺一不可，少一步中断就不工作。

坑2：中断频率不对

现象：算的是1秒中断，实际2秒或0.5秒。

原因：

1. 忘了+1：PSC和ARR都要+1，公式里是(PSC+1)×(ARR+1)
2. 时钟频率搞错：APB1定时器倍频忘了，以为36MHz实际72MHz
3. CubeMX里的PSC值：CubeMX里Prescaler栏填的就是PSC寄存器值（比如填71，寄存器就是71），硬件会自动按PSC+1=72来分频。你不需要手动加1，填71就行。

验证方法：用示波器看LED翻转频率，或串口打印计数验证。

坑3：PWM无输出

排查：

1. 引脚配置对了吗？PWM引脚必须是"复用功能"（AF），不能是普通GPIO
2. 启动PWM了吗？HAL_TIM_PWM_Start()必须调用
3. CCR值合理吗？CCR=0时占空比0%（常灭），CCR>ARR时占空比100%（常亮）
4. 通道选对了吗？TIM3_CH1对应PA6，别接到PA7（CH2）上

坑4：输入捕获值跳动

现象：测出的频率忽大忽小。

原因：

1. 信号有毛刺，触发误捕获 → 加硬件滤波
2. 计数器溢出了 → 增大ARR或用预分频降低计数频率
3. 两次捕获间隔过长，CNT回绕 → 检测溢出并补偿

九、总结

一句话总结：定时器的核心就是PSC+ARR算频率，CCR定占空比，把这两个公式记牢，定时器就拿下了一半。

下一篇预告：《STM32 ADC采样详解：从单次转换到DMA连续采集》

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作者：嵌入式阿蔡