STM32 TIM定时器深度解析：内部中断与核心配置实战在STM32开发中，TIM定时器是实现定时中断、脉冲计数、PWM

在STM32开发中，TIM定时器是实现定时中断、脉冲计数、PWM输出等核心功能的“瑞士军刀”。不少开发者初学时会被“时基单元”“时钟源选择”“中断配置”等概念绕晕，尤其在内外时钟源切换和中断优先级设置上容易踩坑。本文结合实战代码，从核心原理到完整配置流程拆解TIM定时器的使用逻辑，重点解析内部中断实现要点，帮你真正吃透定时器的工作机制。

一、先搞懂：TIM定时器的核心本质

定时器的核心功能是“对时钟信号计数并触发事件”，其工作流程可简化为：时钟源输入 → 分频处理 → 计数器计数 → 达到设定值触发中断/输出。要灵活使用定时器，必须先掌握其核心组成和分类特性。

1. 三大核心组成：时基单元的“三驾马车”

16位TIM定时器的时基单元是实现定时功能的核心，由三个关键部分组成，缺一不可：

预分频器（PSC） ：对输入时钟进行“降速”，决定计数精度。例如72MHz时钟经7200分频后，计数频率变为10kHz（每100μs计数一次）；
计数器（CNT） ：从0开始向上（或向下）计数，每次计数周期由PSC分频后的时钟决定；
自动重装寄存器（ARR） ：设定计数上限，当CNT值等于ARR时触发“更新事件”，可配置为中断触发条件。

关键计算：定时时间 =（PSC + 1）×（ARR + 1）÷ 输入时钟频率。以72MHz时钟、PSC=7200-1、ARR=10000-1为例，定时时间=7200×10000÷72000000=1秒，这是最常用的1秒定时配置逻辑。

2. STM32定时器分类：选对型号是前提

STM32的定时器按功能复杂度分为三类，不同型号支持的功能差异很大，开发时需先匹配需求选择：

定时器类型	常用编号	挂载总线	核心功能与适用场景
高级定时器	TIM1、TIM8	APB2	含通用定时器全部功能，额外支持重复计数、死区生成、互补输出，适合电机控制、高精度PWM场景
通用定时器	TIM2、TIM3、TIM4、TIM5	APB1	支持内外时钟源、输入捕获、输出比较、编码器接口，是最常用的定时器（如定时中断、脉冲计数）
基本定时器	TIM6、TIM7	APB1	仅支持定时中断和DAC触发，功能简单，适合基础定时场景

3. 时钟源选择：内部时钟vs外部时钟

定时器的时钟源决定了计数基准，核心分为内部和外部两类，实际开发中需根据场景选择：

内部时钟（CK_INT） ：源自系统总线时钟（如APB1/APB2），无需外部硬件，配置简单，适合定时中断、PWM输出等场景（本文重点实战此模式）；
外部时钟：通过ETR引脚输入外部脉冲信号，适合对外部设备脉冲计数（如编码器、转速传感器），需额外配置引脚和滤波参数。

这里补充一个容易踩的坑：APB1总线最大时钟为36MHz，若系统时钟为72MHz，APB1会自动分频为36MHz，而通用定时器时钟为APB1时钟的2倍（即72MHz），这是计算分频值时的关键前提，很多初学者会忽略此倍频规则导致定时误差。

二、实战：TIM2内部中断完整配置（1秒定时）

以最常用的通用定时器TIM2为例，实现1秒定时中断功能（每1秒触发一次中断，让全局变量自增），完整配置流程分为11步，每一步都标注关键注意事项：

1. 完整配置代码（附关键注释）

// 全局变量，用于记录中断次数（需在main.c中定义：uint16_t Num = 0;）
extern uint16_t Num;

void Timer_Init(void){
    // 步骤1：开启TIM2时钟（TIM2挂在APB1总线，必须先开时钟）
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    // 避坑点：不能用RCC_APB1ENR_TIM2EN（寄存器位），标准库函数需传外设标识
    
    // 步骤2：选择TIM2时钟源为内部时钟（核心配置）
    TIM_InternalClockConfig(TIM2);
    // 若需外部时钟，需调用TIM_ETRClockMode1Config()等函数
    
    // 步骤3：定义时基初始化结构体（标准库固定用法）
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    
    // 步骤4：配置时基参数（定时时间的核心）
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;        // 时钟不分频（高精度需求可用分频）
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;    // 向上计数（最常用模式）
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000 - 1;                  // ARR值：计数到9999溢出
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;                // PSC值：7200分频（72MHz→10kHz）
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;               // 重复计数器：高级定时器专用，设0
    
    // 步骤5：初始化时基单元（将参数写入寄存器）
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
    
    // 步骤6：使能TIM2更新中断（允许溢出触发中断）
    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
    // 若不使能，即使溢出也不会进入中断服务函数
    
    // 步骤7：配置NVIC中断优先级分组（整个系统仅需配置一次）
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    // 分组2：2位抢占优先级+2位响应优先级，兼顾灵活性和简洁性
    
    // 步骤8：定义NVIC初始化结构体（中断优先级配置）
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
    // 步骤9：配置NVIC参数（中断通道和优先级）
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;                    // 中断通道：TIM2对应通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                    // 使能该中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;          // 抢占优先级：2（数值越小优先级越高）
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;                 // 响应优先级：1
    
    // 步骤10：初始化NVIC（让优先级配置生效）
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
    // 步骤11：使能TIM2定时器（开始计数，最后一步！）
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
    // 未使能时，定时器处于休眠状态
}

// 步骤12：TIM2中断服务函数（中断触发后执行）
void TIM2_IRQHandler(void){
    // 先判断中断源（避免其他中断误触发）
    if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET){
        Num ++;                          // 业务逻辑：每1秒Num自增1
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);  // 必须清除中断标志！否则反复进入中断
    }
}

2. 关键配置解析（避坑重点）

时钟使能：所有外设使用前都要开时钟，TIM2在APB1总线，对应函数是RCC_APB1PeriphClockCmd，而TIM1在APB2总线，需用RCC_APB2PeriphClockCmd，这是高频出错点；
时基参数计算：若要修改为500ms定时，可保持PSC=7200-1，将ARR改为5000-1（5000×100μs=500ms），或保持ARR=10000-1，将PSC改为3600-1，两种方式效果一致；
中断标志清除：中断服务函数中必须调用TIM_ClearITPendingBit，否则中断标志会一直置1，CPU会无限循环进入中断，导致程序卡死，这是新手最容易犯的致命错误；
优先级分组：整个系统只能调用一次NVIC_PriorityGroupConfig，若其他外设（如串口、GPIO）也用中断，需统一规划分组，避免冲突。

三、预分频器工作时序：理解计数的本质

预分频器（PSC）是决定计数精度的核心，其工作时序直接影响定时准确性。以下是PSC的核心工作逻辑示意图，结合时序能更直观解读，结合原理帮你理解分频过程的本质：

预分频器采用16位递减计数器实现，输入时钟信号触发计数器递减，当计数器减至0时，会生成一个“分频时钟脉冲”并重新加载PSC寄存器的值。例如PSC=7200-1时，输入时钟需经过7200个周期，分频器才输出1个脉冲，实现7200倍分频。这里有个关键特性：预分频器的配置值不会立即生效，需等待一次“更新事件”（如计数器溢出）后才加载新值。若在定时器运行中修改PSC，需调用TIM_GenerateEvent(TIM2, TIM_EventSource_Update)手动生成更新事件，否则新分频值会延迟一个计数周期生效，这也是实际开发中定时精度偏差的常见原因。

四、实战拓展：从内部中断到多场景应用

掌握内部中断的基础配置后，可根据实际需求扩展定时器的使用场景。以下两种典型场景的改造思路，能帮你快速迁移定时器配置能力：

1. 外部时钟模式：实现脉冲计数功能

若需对旋转编码器、红外传感器等外部设备的脉冲信号计数，可将TIM2配置为外部时钟触发模式，核心修改如下（替换原内部时钟配置步骤）：

// 步骤2替换为：配置外部时钟模式1（ETR引脚输入）
TIM_ETRClockMode1Config(TIM2, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_Inverted, 0);
// 配置说明：
// TIM_ExtTRGPSC_OFF：外部时钟不分频
// TIM_ExtTRGPolarity_Inverted：下降沿触发（可根据传感器输出特性调整）
// 最后一个参数0：无滤波（高频信号可设1-15增强抗干扰）

// 时基参数配置调整（仅计数无需定时，可设大ARR值）
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65535;  // 16位计数器最大值，计数满后需手动清零
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 0;    // 外部时钟无需分频，设0

配置完成后，计数器CNT会自动对ETR引脚（如TIM2对应PA0）输入的脉冲计数，通过TIM_GetCounter(TIM2)可实时读取计数值。

2. 高精度定时：实现微秒级延时

利用STM32定时器的高频时钟特性，可实现微秒级高精度定时，核心是调整预分频器让计数周期为1μs。以72MHz系统时钟为例，配置如下：

// 时基参数核心配置（1μs计数周期）
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;    // ARR=99，实现100μs定时（可按需调整）
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;  // 72分频：72MHz÷72=1MHz，计数周期1μs

若需灵活调整定时时长，可在程序运行中动态修改ARR值，修改后调用TIM_SetAutoreload(TIM2, newArr)和更新事件生成函数，让新值立即生效。

四、避坑总结：定时器配置的8个关键提醒

结合大量开发实践，梳理出定时器使用中最易出错的8个点，帮你少走弯路：

时钟使能对应总线：TIM1/TIM8挂APB2，用RCC_APB2PeriphClockCmd；其他通用/基本定时器挂APB1，用RCC_APB1PeriphClockCmd，混淆会导致定时器完全不工作；
APB1倍频规则：系统时钟72MHz时，APB1分频为2（36MHz），通用定时器时钟自动倍频为72MHz，计算PSC/ARR时必须用72MHz作为输入时钟频率；
预分频器生效时机：运行中修改PSC后，需手动生成更新事件，否则新值延迟生效；
中断标志必须清除：中断服务函数中若不调用TIM_ClearITPendingBit，会导致CPU反复进入中断，程序卡死；
优先级分组唯一：NVIC_PriorityGroupConfig整个系统仅能调用一次，多外设中断时需统一规划分组；
高级定时器特有配置：使用TIM1/TIM8时，需额外使能主模式输出或刹车功能，否则部分功能无法使用；
动态修改参数步骤：运行中修改PSC/ARR后，需先失能定时器，修改后再使能（或调用更新事件函数）；
外部时钟抗干扰：外部时钟模式下，建议开启滤波功能（配置ETR滤波参数），减少高频噪声导致的计数误差。

定时器作为STM32的核心外设，掌握其内部中断配置是基础，后续可逐步拓展输入捕获（测频率/占空比）、PWM输出（电机控制/LED调光）等功能。建议结合硬件实测，用示波器观察定时器输出波形，加深对时序逻辑的理解。如果在具体配置中遇到问题，欢迎在评论区交流讨论。