news 2026/10/6 12:30:23

TIM定时中断（第一节）

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
TIM定时中断（第一节）

目录

  • TIM简介
  • 定时器类型
    • 一句话理解
    • 三档对比（从强到弱）
    • 几个名词翻译一下
    • 跟我们手上那块芯片的关系
    • 实际写代码时怎么选
    • 例 2：PWM 输出 —— 做 LED 呼吸灯
    • 例 3：输入捕获 —— 读红外遥控器的按键值
    • 三个例子串起来看
    • *底层逻辑（选看）
    • 先看整体信号链（一句话）
    • 第一层：时钟源 ——"让谁来数"
    • 第二层：预分频器 PSC——"把心跳放慢"
    • 第三层：计数器 CNT——"真正在数的那个东西"
    • 第四层：自动重装载 ARR——"数到几算一轮"
    • 第五层：更新事件 UEV——"数到头了，该干活了"
    • 第六层：输出比较（PWM 那一路）——"CNT 跟 CCR 对表"
    • 第七层：输入捕获（红外解码那一路）——"外部跳变把 CNT 抓下来"
    • 把整个流程串一遍（以 "1ms 中断一次" 为例）
    • 参考手册时的 "地图"
  • 定时中断基本结构
    • 整体方向：从左往右
    • 第一列：时钟源（谁来给定时器当心跳）
    • 第二列：黄色梯形块（时钟模式选择）
    • 第三列：粉色大框 "时基单元"—— 这才是心脏
    • 第四列：中断输出控制（深青绿色窄条）
    • 第五列：NVIC（最右边）
    • 把整张图连起来读一遍
    • 重难点讲解
  • 预分频时序
    • 先知道这张图在演示什么
    • 从上到下逐行翻译
    • 整张图连起来讲一个故事
    • 以后写代码会遇到的一个坑
    • 图下面那个公式
  • 计数器时序图
    • 先知道这张图在演示什么
    • 从上到下逐行翻译
    • 整张图连起来讲一个瞬间
    • 跟代码对应起来
    • 把两张图串起来看
    • 看代码时的对应关系

TL;DR（快速了解）

定时器本质是一个自动数节拍的计数器：给它一个时钟，它就一格一格往上加，加到设定值就触发中断或翻转引脚。STM32 的定时器按能力分成三档——高级定时器（TIM1/TIM8）最强，支持刹车、死区和互补输出，适合电机控制；通用定时器（TIM2~TIM5）够用，能输出 PWM、测脉宽、读编码器；基本定时器（TIM6/TIM7）最朴素，只会定时到点产生中断。在 STM32F103C8T6 这块芯片上，资源被砍了一刀：只有 TIM1、TIM2、TIM3、TIM4，没有 TIM5~TIM8，也没有基本定时器 TIM6/TIM7，所以做定时中断实验只能用 TIM2~TIM4 来凑。

TIM简介

详细图解参见：新应用

定时器类型

一句话理解

定时器本质就是个"自动数节拍的计数器"—— 给它一个时钟，它就一格一格往上加，加到我们设定的值就 "叮" 一下（触发中断 / 翻转引脚）。不同型号的定时器，计数器的 "手脚多少" 不一样，所以分成了三档。

三档对比（从强到弱）

表格

档位芯片里谁是挂在哪条总线能干什么
高级定时器（最猛）TIM1、TIM8APB2通用定时器的活它全干，还多了刹车、死区、互补输出—— 专门用来控制电机（比如三相无刷电机），能安全地驱动大功率器件
通用定时器（够用）TIM2~TIM5APB1能数外部脉冲、测脉宽、输出 PWM、读编码器、几个定时器之间能联动
基本定时器（最朴素）TIM6、TIM7APB1就只会一件事：定时到点产生中断，顺便能触发 DAC 输出电压波形

几个名词翻译一下

  • 总线（APB1 / APB2）：可以理解成两条 "数据马路"。APB2 跑得快一点，所以高级定时器挂上面；APB1 慢一点但定时器大多挂这儿。不用纠结，知道 "挂在哪" 只是硬件连接，写代码时 CubeMX 会自动处理。
  • 重复计数器：高级定时器才有的，数 N 次才真正进一次中断，减少 CPU 负担。
  • 死区生成 + 互补输出：两个引脚输出反相的方波，中间留一点点 "都关断" 的间隙，防止 H 桥上下管直通烧管子。这是电机控制的标配。
  • 输入捕获：外部信号跳变时，自动把当前计数值锁下来 → 可以测频率、测脉宽。
  • 输出比较：计数值到某个数时，引脚自动翻转 / 置位 → 可以输出 PWM、做精确延时。
  • 编码器接口：直接接旋转编码器的 A/B 两相，硬件自动算方向和步数，不用你软件去数。

跟我们手上那块芯片的关系

在STM32F103C8T6 中，它引脚少、封装小，所以片上资源被砍了一刀：

  • ✅ 有：TIM1（高级）、TIM2、TIM3、TIM4（通用）
  • ❌ 没有：TIM5~TIM8

这意味着：这块板子上没有基本定时器 TIM6/TIM7，也没有第二个高级定时器 TIM8。所以平时做 "定时中断" 实验，只能用 TIM2~TIM4；想做最简单的 "纯定时"，也得拿通用定时器来凑。

实际写代码时怎么选

翻译成代码心智：

这就是 "基本定时器" 该干的活，但因为F103上没有 TIM6/TIM7，所以拿通用定时器 TIM3 来干。

例 2：PWM 输出 —— 做 LED 呼吸灯

用谁：TIM2_CH1（通用定时器的一个通道，对应引脚 PA0）

事：LED 亮度从暗到亮再到暗，循环往复，不要 CPU 参与。

定时器内部发生了啥：

翻译成代码心智：

这就是 "输出比较" 功能，通用定时器 TIM2~4 都能干。蜂鸣器发出不同音调、舵机转到不同角度，原理一模一样。

例 3：输入捕获 —— 读红外遥控器的按键值

用谁：TIM4_CH1（通用定时器的输入捕获通道，对应 PB6）

事：红外接收头把遥控信号转成一串高低电平，想知道每一段高 / 低电平持续了多久，从而解出按了哪个键。

定时器内部发生了啥：

这就是 "输入捕获" 功能——CPU 全程不用盯着引脚，硬件帮你把时间戳记下来，精度比你软件去读 GPIO 高得多。

三个例子串起来看

表格

例子用到定时器的哪个能力对应F103上的
LED 闪烁定时中断（基本功能）TIM2/3/4 都行
呼吸灯 / PWM输出比较TIM2/3/4 的通道
红外解码输入捕获TIM2/3/4 的通道
电机控制（你没做）死区 + 互补输出TIM1

核心记忆点：

现在做的实验（LED、按键、蜂鸣器、OLED），99% 都用 TIM2/3/4 就够了，TIM1 暂时可以放一边。等以后想做循迹小车、平衡车，再回头啃 TIM1 的互补输出和刹车功能也不迟。

*底层逻辑（选看）

  • 只是想 "每 1ms 进一次中断点灯 / 扫描按键" → 随便挑 TIM2/3/4 都行
  • 想输出 PWM 调光 / 控制舵机 / 做呼吸灯 → 用 TIM2~TIM4 的通道
  • 想读红外遥控器脉冲、测方波频率 → 用 TIM2~TIM4 的输入捕获
  • 想做无刷电机 FOC、驱动半桥 → 才需要 TIM1（你这块板子有，够用）
  • 想要个 "免费" 的定时器顺带驱动 DAC → F103这块板子没有 TIM6/7，得用 TIM2~4 模拟

    例 1：最朴素的 "定时中断"—— 让 LED 每 500ms 闪一次

    定时器：TIM3（通用定时器，F103有）

    需要做的事：主程序该干嘛干嘛，每过 500ms 自动进一次中断函数，把 LED 翻转一下。

    定时器内部流程变化：

  • 定时器有个时钟输入（比如 72MHz），经过一个 "分频器" 把它降慢。
  • 假设我们想要 1ms 跳一格，就分频 72 倍 → 每 1ms 计数器加 1。
  • 计数器从 0 开始往上加，加到 "自动重装载值" 等于 500 时，就触发一次中断。
  • 进中断函数你把 LED 翻转，计数器自动清零，重新开始数。
  • 分频系数 PSC = 71 → 72MHz / (71+1) = 1MHz
  • 自动重装载 ARR = 500 → 数 500 次就是 500ms
  • 中断里写：HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
  • 还是先分频、再数到 ARR，跟例 1 一样。
  • 但这次不触发中断了，而是把 "当前计数值" 跟你设的一个 "比较值"（CCR）做比较：
    • 计数值 < CCR → 引脚输出高电平
    • 计数值 ≥ CCR → 引脚输出低电平
  • 这样一个周期里，高电平占多少比例，就由 CCR 决定 —— 这就是占空比。
  • 你只要在主循环里慢慢改 CCR 的值（比如从 0 加到 ARR，再减到 0），LED 就呼吸起来了。
  • 定时器周期还是定死的（比如 1kHz）
  • CCR = 0→ LED 全灭
  • CCR = ARR/2→ 一半亮度
  • CCR = ARR→ LED 全亮
  • CPU 只需要偶尔改一下 CCR，波形是硬件自动生成的。
  • 定时器照样在那儿数格子（比如 1μs 一格）。
  • 关键区别：不是 CPU 去读时间，而是当引脚上出现 "下降沿"（高变低）的瞬间，硬件自动把当前计数值锁存到一个寄存器里，同时触发一个中断。
  • 你在中断里把这个值读出来，跟上次锁存的值一减，就是这段电平持续了多少微秒。
  • 红外协议（比如 NEC）就是靠 "高电平 9ms + 低电平 4.5ms" 这种特定脉宽组合来表示 0 和 1 的，你把这些脉宽串起来就解出按键码了。
  • 计数器 + 分频器 是所有定时器的 "地基"，三档都有。
  • 基本定时器：只会 "数到顶就喊一声"。
  • 通用定时器：还会 "盯着引脚跳变记时间" 和 "自动按规则改引脚电平"。
  • 高级定时器：在通用基础上再加 "安全刹车" 和 "成对输出反相波"，为电机这种危险场合准备。

这次把定时器 "剖开" 看内部 —— 信号是怎么从一个时钟晶振，一步步变成引脚翻转和中断的。你写配置文件的时候，每一个参数背后都对应着里面某一个模块。

先看整体信号链（一句话）

时钟源 → 分频器 (PSC) → 计数器 (CNT) → 跟 ARR 比 → 触发更新事件 → 跟 CCR 比 → 改输出引脚

所有定时器都是这条流水线，区别只在于后面挂了多少个 "比较 / 捕获通道"。

第一层：时钟源 ——"让谁来数"

定时器得有个心跳才能数，心跳来源有四种：

内部时钟 (CK_INT)：就是芯片主时钟（你板子上 72MHz），最常用。点灯、做 PWM 都用它。外部输入引脚 (TIx)：从某个 GPIO 进来的方波，定时器跟着外部方波数。外部触发输入 (ETR)：专门一个引脚，用来数高速外部脉冲。级联其他定时器：一个定时器溢出后，给下一个当心跳。比如 TIM1 溢出一次，TIM2 才加 1—— 两个定时器拼起来变成一个 "大计数器"。

代码选 "Clock Source = Internal Clock"，选的就是这一层。

第二层：预分频器 PSC——"把心跳放慢"

晶振 72MHz 太快了，你根本数不了这么细。PSC 就是一个"除法器"：

本质：PSC 是个 16 位寄存器，写啥值，时钟就被切成 (PSC+1) 份。

CubeMX 里那个 "Prescaler" 框，填的就是 PSC。

第三层：计数器 CNT——"真正在数的那个东西"

CNT 是一个寄存器，里面存着当前计数值，每来一个经过 PSC 分频后的脉冲，它就 + 1。

工作模式有三种（你现在只需要知道前两种）：

关键点：CNT 是硬件自动加的，CPU 完全不用管。你任何时刻去读它，都能拿到 "现在数到几了"—— 这就是定时器的灵魂：不占用 CPU，硬件自己跑。

第四层：自动重装载 ARR——"数到几算一轮"

ARR 也是个寄存器，规定了 "数到几就清零重新开始"。

ARR 还有个影子寄存器的概念（暂时不用深究）：你写 ARR 的时候，不是立刻生效，而是等下一次 "溢出" 才换上去，防止改一半导致时序错乱。

第五层：更新事件 UEV——"数到头了，该干活了"

当 CNT 加到等于 ARR 的那一刻，硬件自动做三件事：

这就是你例 1 里 "每 500ms 进一次中断" 的底层真相：不是定时器喊你，是它把 UIF 置 1，中断控制器看到后通知 CPU。

你代码里那句if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim3, TIM_FLAG_UPDATE))，读的就是这个 UIF。

第六层：输出比较（PWM 那一路）——"CNT 跟 CCR 对表"

这是另一条并行的分支，跟上面的 "溢出" 无关，每个通道（CH1/CH2/CH3/CH4）独立一套：

每个通道都有一个CCR 寄存器（捕获比较寄存器），你往里写一个数值。

定时器内部有个比较器，每个时钟周期都在做一件事：

整个 ARR 周期里，高电平占 CCR/ARR 这么长一段 —— 这就是占空比。

PWM 模式下流程是这样的：

  • 你写PSC = 71，它就把时钟频率除以 (71+1) = 72。
  • 72MHz / 72 =1MHz，也就是每1 微秒计数器加 1。
  • 你写PSC = 999，就变成 72MHz/1000 = 72kHz，每 13.89μs 加 1。
  • 向上计数：0 → ARR → 清 0 → 再 0 → ARR…… 循环（最常用，例 1 例 2 都是这种）。
  • 向下计数：ARR → 0 → 重装 ARR……
  • 中央对齐：0 → ARR → 0，上下走，电机控制才用。
  • PSC 决定 "每格多少时间"，ARR 决定 "一共多少格"。
  • 一次完整定时 = (PSC+1) × (ARR+1) / 时钟频率。
  • 比如 PSC=71, ARR=999：每格 1μs，数 1000 格 = 1ms，这就是 1ms 中断一次的由来。
  • CNT 清 0（向上计数模式下）。
  • 置一个标志位 UIF（在状态寄存器 SR 里）—— 告诉全世界："我溢出了"。
  • 如果中断使能位 UIE 开着，就向 NVIC 申请一次中断，CPU 跳进你的TIM3_IRQHandler()。
  • CNT < CCR→ 引脚输出电平 A（比如高）
  • CNT ≥ CCR→ 引脚输出电平 B（比如低）
  • CNT 从 0 开始往上加。
  • CNT < CCR：引脚一直是高。
  • CNT 刚到 CCR：引脚 "啪" 翻成低。
  • CNT 加到 ARR：溢出、CNT 清 0。
  • CNT 从 0 重新开始：引脚又变回高。
  • 周而复始。

第七层：输入捕获（红外解码那一路）——"外部跳变把 CNT 抓下来"

这是反过来的方向：信号从引脚进来，定时器帮你记时间。

引脚跳变时内部流程：

关键：从 "引脚跳变" 到 "CNT 被锁进 CCR"，是纯硬件完成的，中间没有任何 CPU 指令。哪怕你 CPU 正被别的中断占着，这个时间戳也不会丢 —— 只是你晚一点去读而已。这就是为什么输入捕获比你在主循环里while(GPIO_Read() == 0);这种软件计时要准得多。

把整个流程串一遍（以 "1ms 中断一次" 为例）

假设你配的是 TIM3，72MHz 时钟，PSC=71，ARR=999：

72MHz晶振 ↓ PSC分频器：72MHz / 72 = 1MHz（1μs一格） ↓ CNT每个μs+1：0,1,2,3,...,999 ↓ CNT加到999（=ARR）的那一刻 ├→ CNT自动清0，下一个μs重新从0开始 ├→ UIF标志置1 └→ 如果UIE开了，CPU跳进 TIM3_IRQHandler() ↓ 你写：翻转LED、读按键、扫描OLED……

如果同时你又开了 PWM 通道：

CNT在数：0,1,2,...,999 ↓ 每个μs跟CCR比一下 CNT < CCR=500 → PA0输出高 CNT ≥ 500 → PA0输出低 ↓ ARR到 → CNT清0 → 下一轮 ↓ PA0上自动冒出一串方波，占空比 500/1000 = 50%

参考手册时的 "地图"

STM32 参考手册里定时器那一章，本质就是把上面每个模块单独讲了一遍：

表格

你以后会看到的寄存器对应我上面讲的哪一层
PSC第二层 分频器
CNT第三层 计数器当前值
ARR第四层 数到几清零
CCR1/2/3/4第六 / 七层 比较值 / 抓到的时间戳
DIER（中断使能）第五 / 七层 要不要通知 CPU
SR（状态）第五 / 七层 UIF/CCxIF 标志位
CR1（控制）启动 / 停止、计数方向

你写 HAL 库代码的时候，HAL_TIM_Base_Start()干的事就是把 CR1 里的 "启动位" 拉高，从那一刻起 CNT 才开始动。在此之前，PSC、ARR、CCR 这些值你都可以慢慢配好，定时器一动不动等你发令。

一句话总结：定时器就是个全自动节拍器—— 你提前告诉它 "每格多久、数几格、到点干什么"，剩下的事它硬件自己跑，CPU 该干嘛干嘛，到点它主动敲你门。这就是为什么单片机做 "同时干很多事" 特别顺手：一个定时器干一件事，几个定时器一起跑，互不打架。

呼吸灯效果的真相：主循环里每隔几毫秒改一下 CCR 的值（0→ARR→0），硬件就自动把 PWM 占空比改了，引脚电平翻转全程是定时器自己干的，CPU 一秒钟都没参与。

CubeMX 里 PWM 模式选 "PWM mode 1"，配的就是这个比较器的翻转规则。

定时中断基本结构

  • 引脚上出现下降沿（或上升沿）。
  • 先经过一个滤波器（可以设几个周期延迟，防止毛刺误触发）。
  • 边沿检测器确认 "真的跳变了"。
  • 硬件自动把此刻的 CNT 值，复制到 CCR 寄存器里—— 这个动作叫 "捕获"。
  • 同时置一个捕获标志 CCxIF，如果开了中断，就跳进中断函数。
  • 你在中断里读 CCR 的值，跟上一次读的减一下，就是这段电平持续了多少个 "刻度"。

整体方向：从左往右

[左边：选心跳] → [中间粉色：真正在数的核心] → [右边：把结果通知CPU]

第一列：时钟源（谁来给定时器当心跳）

最左边这一排绿色 / 红色方块，都是 "候选心跳源"，定时器从中挑一个用：

表格

图上的方块大白话对应之前讲的
RCC 内部时钟（红）芯片自己的 72MHz 晶振，最常用时钟源第 1 种
ETR 外部时钟（绿，接 GPIO）从一个专门引脚喂进来的外部方波时钟源第 3 种
ITRx 其他定时器（绿）别的定时器溢出一次，给我当一次心跳时钟源第 4 种（级联）
TIx 捕获通道（绿，接 GPIO）从捕获引脚进来的方波当心跳时钟源第 2 种

中间那个黄色块（梯形）就是一个多路开关—— 你写代码选哪种时钟源，就把哪一路信号接通到右边去。我们用得最多的是最上面那个红块（内部时钟），其他几路平时基本不碰。

小细节：TIx 那一路箭头同时也向右指向 "时基单元"，意思是这个引脚既可以当心跳源，也能当输入捕获用 —— 一个引脚两种用途，由你配置决定。

第二列：黄色梯形块（时钟模式选择）

上面已经说了，它就是个 "多路选择开关"，图上列了四种模式：

内部时钟模式 外部时钟模式 2（走 ETR 进来的） 外部时钟模式 1（走 TIx 进来的） 编码器模式（TI1+TI2 两相一起进，专门给旋转编码器用）

你不用记这些名字，知道它就是个二选一 / 多选一的开关就行。

第三列：粉色大框 "时基单元"—— 这才是心脏

这个粉色框圈起来的，就是我上次说的 "计数器 + 分频器 + ARR" 三件套，也是图里最重要的部分。

按信号流：

粉色框内部信号流：

时钟进来 → PSC砍慢 → CNT往上加 → CNT跟ARR比 ↓ 加到ARR那一刻 → 溢出 → CNT清0重来

第四列：中断输出控制（深青绿色窄条）

CNT 溢出的那一刻，除了清 0 重来，还会往外发一个 "信号"。这个信号先经过 "中断输出控制" 这个门 ——你这个门开着，它才允许出去；门关着（没开中断使能），信号就被拦下来。

对应我之前讲的：

以 "TIM3 每 1ms 进一次中断" 为例：

RCC内部时钟(72MHz) ↓ [黄色选择器] 选了"内部时钟模式" ↓ PSC预分频器：72MHz / 72 = 1MHz（1μs一格） ↓ CNT计数器：每μs+1 → 0,1,2,...,999 ↓ CNT 跟 ARR(=999) 比 → 加到999的瞬间 ├→ CNT清0，重新从0开始 └→ 往外发"溢出"信号 ↓ [中断输出控制]（这个门开着） ↓ NVIC ↓ CPU跳进你写的 TIM3_IRQHandler()

底下那个 "运行控制" 方块，就是你调用HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3)的那一下 —— 把总开关拉上去，整条流水线才开始跑。

重难点详解

这张图你以后翻参考书时，先看粉色框—— 那是定时器的本体；左右两边都是 "入口" 和 "出口"，是配角。

这个 "中断输出控制" 方块，就是那个 "门"。

第五列：NVIC（最右边）

NVIC 是芯片内部的 "中断总管"—— 所有外设（定时器、串口、外部引脚……）的中断申请都先汇到这里，它按优先级决定先处理谁、后处理谁，然后叫 CPU 跳进去执行对应的中断函数。

在代码里看到的 "NVIC 配置中断优先级"，就是在管这个最右边的方块。

把整张图连起来读一遍

  • PSC 预分频器（左下橙色方块）
    • 左边进来的时钟，先经过它。
    • 它把时钟频率砍慢（比如 72MHz 砍成 1MHz）。
    • 就是之前讲的第二层。
  • CNT 计数器（右下橙色方块）
    • PSC 出来的每一下，CNT 就 + 1。
    • 它是核心 —— 硬件自动往上加。
    • 就是之前讲的第三层。
  • ARR 自动重装载器（右上橙色方块）
    • 跟 CNT 之间有个双向箭头。
    • 意思是：CNT 不停地拿自己跟 ARR 比，一旦加到等于 ARR，就触发 "溢出"，然后 CNT 被 ARR 的值重新装填、清 0 重来。
    • 双向箭头表示 "两个寄存器互相影响"。
    • 就是之前讲的第四层。
  • 运行控制（最底下橙色方块，箭头向上指向 CNT）
    • 这是个总开关。你调用HAL_TIM_Base_Start()的时候，就是在抬这个开关 —— 从这一刻起 CNT 才开始动，之前 PSC、ARR 的值都配好了但 CNT 一动不动。
  • UIF 标志位被置上（在 SR 寄存器里）。
  • 中断使能位 UIE 开着，才真的往 CPU 递申请。
  • "为什么 TIM1 在 APB2、TIM2 在 APB1？"—— 图上没画出来，但 RCC 那个红块内部就分了两路总线，高级定时器走 APB2 那根 "快车道"，通用和基本定时器走 APB1 那根。
  • "PSC、ARR、CNT 到底什么关系？"—— 粉色框里三个方块一目了然：PSC 管快慢、CNT 在数、ARR 管数到几停。
  • "外部时钟、编码器模式什么时候用？"—— 左边那几个绿块就是为这俩场景留的入口，你现在用不到，知道有这东西就行。

以 "TIM3 每 1ms 进一次中断" 为例：

RCC内部时钟(72MHz) ↓ [黄色选择器] 选了"内部时钟模式" ↓ PSC预分频器：72MHz / 72 = 1MHz（1μs一格） ↓ CNT计数器：每μs+1 → 0,1,2,...,999 ↓ CNT 跟 ARR(=999) 比 → 加到999的瞬间 ├→ CNT清0，重新从0开始 └→ 往外发"溢出"信号 ↓ [中断输出控制]（这个门开着） ↓ NVIC ↓ CPU跳进你写的 TIM3_IRQHandler()

底下那个 "运行控制" 方块，就是你调用HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3)的那一下 —— 把总开关拉上去，整条流水线才开始跑。

重难点讲解

"为什么 TIM1 在 APB2、TIM2 在 APB1？"—— 图上没画出来，但 RCC 那个红块内部就分了两路总线，高级定时器走 APB2 那根 "快车道"，通用和基本定时器走 APB1 那根。"PSC、ARR、CNT 到底什么关系？"—— 粉色框里三个方块一目了然：PSC 管快慢、CNT 在数、ARR 管数到几停。

这张图先看粉色框—— 那是定时器的本体；左右两边都是 "入口" 和 "出口"

预分频时序

先知道这张图在演示什么

  • 初始状态：PSC 寄存器里写的是 0 → 分频系数 = 0+1 = 1 → 不分频，CK_CNT = CK_PSC。
  • 中途发生一件事：在代码里往 TIMx_PSC 寄存器写了个新值 1。
  • 结果：分频系数变成 2 → CK_CENT 频率减半。

这张图就是把 "从写入新值到真正生效" 这一瞬间，硬件内部每个信号的变化都画出来了。

从上到下逐行翻译

第 1 行：CK_PSC

预分频器的输入时钟，就是那个连续跳变的方波。它一直在跑，不管你配什么，它都不会停。

第 2 行：CNT_EN

计数器使能信号。一开始是低（没启动），中间拉高一跳 —— 这就是你调用HAL_TIM_Base_Start()的那一下。从这一刻起，后面所有信号才开始动。

第 3 行：定时器时钟 = CK_CNT

真正喂给 CNT 计数器的时钟。

  • 前半段（PSC 还没改的时候）：跟 CK_PSC 一模一样，一个跟着一个跳。
  • 后半段（新 PSC 生效后）：频率变成一半——CK_PSC 跳两下，CK_CNT 才跳一下。

这就是 "分频" 的肉眼可见效果。

第 4 行：计数器寄存器（CNT 的值）

每个 CK_CNT 脉冲来一下，CNT 就 + 1。像上面标的：

F7 → F8 → F9 → FA → FB → FC → 00 → 01 → 02 → 03...

这是十六进制数。FC 加到 FF 再溢出就变 00—— 图上正好在 00 那里冒了一个 UEV 脉冲。

注意一个细节：

  • 前半段（CK_CENT 快的时候）：F7,F8,F9,FA,FB,FC 这些数挤得很密，每跳一格 CNT 就 + 1。
  • 后半段（CK_CENT 慢了之后）：00,01,02,03 之间间隔变宽了 —— 因为现在每来一个 CK_CENT 脉冲要等两个 CK_PSC。

第 5 行：更新事件 UEV

CNT 从 FC 溢出清 0 到 00 的那一瞬间，"啪" 冒出来一个窄脉冲。这就是之前讲的 "溢出事件"—— 它是个分水岭。

第 6 行：预分频控制寄存器

这就是手册里的TIMx_PSC 寄存器本体。

  • 前半段写的是 0。
  • 中间箭头指的地方变成 1—— 这就是你代码里写htim.Instance->PSC = 1;的动作。

第 7 行：在 TIMx_PSC 中写入新数值

这一行其实就是第 6 行那个箭头的注释，告诉你 "这里是 CPU 写寄存器的瞬间"。

第 8 行：预分频缓冲器（影子寄存器）

关键来了！

第 6 行 "预分频控制寄存器" 在箭头那一刻立刻就变成 1 了，但这一行的 "预分频缓冲器"并没有跟着立刻变—— 它还停在 0，一直等到 UEV 脉冲那个时刻，才 "啪" 地变成 1。

这就是我上次提到的影子寄存器（缓冲器）机制：

  • 你写 PSC 寄存器，写进去的是 "前台值"。
  • 真正起作用的是 "后台影子值"。
  • 影子值不是立刻换，而是等到下一次 UEV（更新事件）才把新值搬上来。

为什么要这样设计？防止你改 PSC 改到一半（前一个周期用老分频、后一个周期用新分频），导致时序错乱。STM32 故意让你 "写了不算，等下一个整周期才生效"。

第 9 行：预分频计数器

这是个藏在 PSC 内部的小计数器，范围是 0 到 PSC：

  • PSC=0 的时候：它只能数到 0 → 每来一个 CK_PSC 就溢出一次 → CK_CENT 跟 CK_PSC 同频。
  • PSC=1 的时候：它从 0 数到 1，数满 2 次才溢出一次 → CK_CENT 频率被砍一半。

图上后半段你能看到它在 0,1,0,1,0,1 之间来回跳 —— 这就是 "数到 1 就翻回 0，每两个 CK_PSC 产生一个 CK_CENT"。

整张图连起来讲一个故事

按时间顺序：

  1. 一开始：PSC=0，预分频系数 = 1。CNT_EN 拉高后，CNT 开始跟着 CK_PSC 飞快地数：F7,F8,F9...
  2. 中间某一刻：你代码里往 PSC 写了个新值 1。PSC 寄存器立刻变成 1，但缓冲器还是 0，所以分频行为没变，CNT 继续飞快地数。
  3. CNT 溢出：从 FC 加到 00，冒了一个 UEV 脉冲。
  4. UEV 那一瞬：缓冲器才把新值 1 搬上去，预分频计数器切换成 "数到 1 才溢出" 模式。
  5. 从此刻开始：CK_CENT 频率减半，CNT 变慢：01,02,03... 之间间隔变成原来的两倍。

以后写代码会遇到的一个坑

这个影子寄存器机制带来一个实际后果：

你运行中改 PSC/ARR 的值，不会立刻生效，要等下一次 UEV。

比如你定时器正在跑，你忽然写：

htim.Instance->PSC = 100;

这一瞬间 CNT 还在用老分频系数继续数，直到下一次溢出清 0 的那一刻才换新参数。

如果你想让它立刻生效，得手动触发一次更新事件：

htim.Instance->PSC = 100; SET_BIT(htim.Instance->EGR, TIM_EGR_UG); // 手动产生UEV，立刻刷新影子寄存器

但日常开发里99% 的情况你不需要这么干—— 都是在初始化时把 PSC/ARR 配好，启动后就不动了。

图下面那个公式

CK_CNT = CK_PSC / (PSC + 1)

这就是核心公式，记住这个比记图有用：

  • PSC=0 → 分频 1 倍 → 72MHz 直跑
  • PSC=71 → 分频 72 倍 → 1MHz（你最常用）
  • PSC=999 → 分频 1000 倍 → 72kHz

为什么是 PSC+1 而不是 PSC？因为 PSC 写 0 也得有意义 —— 写 0 就表示 "别分频"，硬件内部算的时候自动给你 + 1。这是所有 STM32 寄存器的统一设计：写 0 代表 "1 倍"。

一句话总结这张图：PSC 是个有 "延迟生效开关" 的分频器 —— 你写下新分频值，它先记着不动，等定时器整周期走完一圈（UEV）才真正切换，避免半路改参数导致时序错乱。

计数器时序图

这张图比上一张简单，讲的是CNT 数到顶溢出那一瞬间，所有信号怎么配合。图标题写了 "分频因子为 2"，就是说 PSC 已经配好了，CK_CENT 是 CK_INT 的一半频率。

先知道这张图在演示什么

  • PSC 已经固定（分频因子 = 2），CK_CENT 稳定跑着。
  • CNT 一路从 0 往上数，数到 ARR 后溢出。
  • 图上截到的瞬间是：CNT 从 0x0036 溢出回 0x0000 那一刻。
  • 也就是说，这张图里ARR = 0x0036（十进制 54），CNT 要从 0 数到 55 才算一轮。

从上到下逐行翻译

第 1 行：CK_INT

芯片内部时钟，一直在跳，跟你无关。

第 2 行：CNT_EN

计数器使能，拉高之后 CNT 才开始数。图上这个上升沿在很左边，说明早就启动了。

第 3 行：CK_CNT（定时器时钟）

经过 PSC 分频后的时钟。注意它跟 CK_INT 的关系：

  • CK_INT 跳一下，CK_CENT 不一定跳。
  • 因为分频因子 = 2，所以 CK_INT 跳两下，CK_CENT 才跳一下。
  • 你看方波的稀疏程度就能看出来。

第 4 行：计数器寄存器（CNT 的值）

每个 CK_CNT 脉冲来一下，CNT 就 + 1：

0034 → 0035 → 0036 → 0000 → 0001 → 0002 → 0003

重点看那个 "跳变点"：从 0036 下一个 CK_CNT 来了，按理说应该是 0037，但它直接变成了0000—— 这就是溢出。

因为 ARR=0x0036，CNT 数到等于 ARR 之后，下一个脉冲就触发溢出，自动从 0 重新开始。

第 5 行：计数器溢出

CNT 刚从 0036 跳到 0000 的那一瞬间，"啪" 冒一个窄脉冲。这个脉冲叫 "溢出"。

第 6 行：更新事件（UEV）

跟 "计数器溢出" 几乎同时冒出来。UEV 就是 "溢出事件" 的正式名字 —— 硬件自动做这几件事：

  • CNT 清 0（刚才看到的 0000）。
  • PSC/ARR 的影子寄存器在这一刻刷新（就是上一张图讲的那个机制）。
  • 往右边发一个信号。

第 7 行：更新中断标志（UIF）

UEV 那一瞬，硬件自动把 SR 寄存器里的 UIF 位置 1。这就是 "通知 CPU" 的那张纸条：

  • 如果你开了更新中断（DIER 寄存器里 UIE=1），NVIC 就叫 CPU 跳进中断函数。
  • 如果你没开中断，UIF 就那么静静挂着，你可以随时去读它 —— 比如你不用中断，而是主循环里if(htim.Instance->SR & TIM_SR_UIF)来轮询。
  • 注意 UIF 一旦置 1 就不会自己清 0，必须你软件写 0 把它清掉，否则下次进中断又会重复触发。

整张图连起来讲一个瞬间

按时间顺序看那个跳变点：

  1. CNT=0x0036，CK_CENT 来一个脉冲。
  2. 硬件判断：CNT+1 = 0x0037 > ARR=0x0036 → 触发溢出。
  3. 三件事同时发生：
    • CNT 被清成 0x0000。
    • "计数器溢出" 脉冲冒一下。
    • UEV 脉冲冒一下，UIF 标志位置 1。
  4. 如果中断开着，CPU 跳进TIMx_IRQHandler()。
  5. 你在中断里做两件事：
    • 该干嘛干嘛（翻转 LED、读传感器……）。
    • 手动把 UIF 写 0 清掉（HAL 库的HAL_TIM_IRQHandler()会帮你做）。
  6. 下一个 CK_CENT 来，CNT=0x0001，继续数。

跟代码对应起来

假设你要 "1ms 进一次中断"，这块板子 72MHz：

表格

你想配公式选值
每格多久？CK_CENT = CK_INT / (PSC+1)想要 1μs 一格 → PSC=71
数几格算一轮？溢出频率 = CK_CENT / (ARR+1)想要 1ms 一次 → ARR=999

代入图上的公式：

CK_CNT_OV = CK_CNT / (ARR+1) = CK_PSC / (PSC+1) / (ARR+1) = 72MHz / 72 / 1000 = 1000 Hz = 每1ms溢出一次

这就是你所有定时器中断实验的数学源头。

把两张图串起来看

你现在应该把上一张图和这张图合起来理解：

表格

上一张图（图 99）这一张图（图 102）
主角PSC 预分频器CNT 计数器
演示什么改 PSC 参数时，分频系数怎么切换CNT 数到 ARR 时，怎么溢出清 0
关键机制影子寄存器延迟生效溢出→UEV→UIF→中断
触发分水岭UEV 脉冲UEV 脉冲（同一个东西）

两张图里都出现了 UEV—— 它是整个定时器的 "节拍点"。所有跨周期的事（改 PSC、改 ARR、重新装 CNT），都等 UEV 这一刻才生效，保证永远不会半路乱。

看代码时的对应关系

// 这些你在 CubeMX 生成的 MX_TIM3_Init() 里都能看到 htim.Init.Prescaler = 71; // PSC：决定每格多久 htim.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; // 向上数 htim.Init.Period = 999; // ARR：决定数到几 HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3); // 拉高CNT_EN，开始数

然后中断函数：

void TIM3_IRQHandler(void) { HAL_TIM_IRQHandler(&htim3); // 它自动读SR、判断UIF、清UIF、调回调 } void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if (htim->Instance == TIM3) { // 这里就是你想让"每1ms干一次"的事 HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13); } }

整张图讲的就是这几行代码背后的硬件故事：CNT 在数→到顶→UIF 置 1→CPU 进中断→HAL 库帮你清 UIF→你的回调函数被调用。

一句话总结：定时器就是个 "数到顶就举手" 的计数器 ——PSC 决定每格多长，ARR 决定数几格，数满就冒 UEV、置 UIF、叫 CPU。你写代码时填 PSC 和 ARR 两个数字，硬件就自动按这个节奏无限循环跑下去。

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