二、STM32F103C8T6-定时器

STM32F103C8T6 定时器概述

STM32F103C8T6 作为一款广泛使用的微控制器，内置多个定时器，能够支持多种计时和控制功能，如精确延时、脉冲宽度调制（PWM）、捕获比较（Capture/Compare）、输入捕获 和 输出比较 等。这些功能在电机控制、信号测量、周期性事件触发等应用中非常常用。

STM32F103C8T6 的定时器分类

一、高级定时器（TIM1）：高级定时器不仅具有基本的定时和计数功能，还支持高级功能，如死区控制（dead-time generation）、互补输出、刹车功能和自动重装载预加载（ARR preload），这些功能使其特别适合用于复杂的电机控制和电源管理应用。

• 提供增强的功能，特别适合 PWM 控制、电机控制。
• 支持多通道 PWM 输出，具有丰富的捕获/比较功能。

高级定时器互补输出：互补输出是通过定时器的多个输出通道生成一对相反的 PWM 信号，即一个信号为高电平时，另一个信号为低电平。互补输出常用于控制 全桥电路 或 半桥电路，从而驱动 MOSFET 或 IGBT 等开关器件。

互补输出的基本原理：

• 主通道（主输出）：高级定时器生成的 PWM 信号，用于驱动负载或开关。

• 互补通道（互补输出）：与主通道相反的信号（即互补信号），用于驱动相反极性的开关器件，确保系统中不会同时导通同一条导通路径的两个开关，避免短路。

• 死区时间（Dead Time）：为了避免主通道和互补通道的开关在某一瞬间同时导通（造成短路），可以引入死区时间。死区时间是指主通道关闭后，互补通道延迟一定时间才开始导通，反之亦然。这是电机控制和开关电源中非常关键的一项保护功能。
  
  
  
  互补输出控制电机正反转例子图：（H桥）
  
  
  
  扩展：IGBT与MOSFET对比:
  
  

二、通用定时器

在 STM32F103C8T6 微控制器中，通用定时器提供了丰富的功能，适合于基本计时、输入捕获、输出比较、PWM 输出等多种应用。STM32F103C8T6 配备了多个通用定时器，包括 TIM2、TIM3、TIM4。

• TIM2：32 位通用定时器，支持基本定时、中断、捕获/比较、PWM 输出等功能。
• TIM3、TIM4：16 位通用定时器，支持类似功能，主要区别在于计数器的位宽较小。
  
  
  
  应用实例：
  
  1、定时器中断
  
  使用定时器2（TIM2），每隔1秒产生一次中断，时钟频率为72MHZ

void TIM2_Init(void)
{
    // 开启 TIM2 时钟
    __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();

    TIM_HandleTypeDef TimHandle = {0};
    TimHandle.Instance = TIM2;

    // 预分频器配置，计数频率为 10 kHz
    TimHandle.Init.Prescaler = 7200 - 1;  // 72 MHz / 7200 = 10 kHz
    // 自动重装载值，1 秒定时
    TimHandle.Init.Period = 10000 - 1;    // 10 kHz / 10000 = 1 秒
    TimHandle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    HAL_TIM_Base_Init(&TimHandle);

    // 启用定时器中断
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&TimHandle);
}

// 定时器中断回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(htim->Instance == TIM2)
    {
        // 每 1 秒触发一次中断
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5);  // 切换 GPIO 状态
    }
}
代码中，TIM2 配置为每秒产生一次中断，计数频率为 10 kHz，周期为 1 秒。每次中断发生时，GPIO 引脚状态发生翻转。
定时器中断回调函数：用于处理定时器产生的中断事件。STM32 使用 HAL 库时，定时器中断发生后，HAL_TIM_PeriodElapsedCallback() 函数会被自动调用，这是一个通用的定时器中断回调函数，负责处理定时器的计时溢出或更新事件。
（参数 htim：传入的 TIM_HandleTypeDef 结构体用于标识是哪一个定时器产生了中断）

2、使用TIM3生成PWM信号

假设我们使用TIM3生成一个1KHZ的PWM信号，占空比50%

void TIM3_PWM_Init(void)
{
    // 开启 TIM3 时钟
    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();

    TIM_HandleTypeDef TimHandle = {0};
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};  //输出比较的结构体，任务句柄

    // 基本时基配置
    TimHandle.Instance = TIM3;
    TimHandle.Init.Prescaler = 72 - 1;  // 预分频器，计数频率 1 MHz
    TimHandle.Init.Period = 1000 - 1;   // 自动重装载值，1 kHz PWM 频率
    TimHandle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    HAL_TIM_PWM_Init(&TimHandle);  // 初始化 PWM

    // 配置 PWM 输出通道
    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 500;  // 50% 占空比
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TimHandle, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

    // 启动 PWM 输出
    HAL_TIM_PWM_Start(&TimHandle, TIM_CHANNEL_1);
}

3、使用 TIM4 捕获输入信号

假设我们使用 TIM4 捕获输入信号的上升沿，并测量输入信号的频率。

void TIM4_InputCapture_Init(void)
{
    // 开启 TIM4 时钟
    __HAL_RCC_TIM4_CLK_ENABLE();

    TIM_HandleTypeDef TimHandle = {0};
    TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC = {0};

    // 基本时基配置
    TimHandle.Instance = TIM4;
    TimHandle.Init.Prescaler = 72 - 1;  // 计数频率为 1 MHz
    TimHandle.Init.Period = 0xFFFF;     // 最大计数值
    TimHandle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    HAL_TIM_IC_Init(&TimHandle);

    // 输入捕获配置
    sConfigIC.ICPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;  //上升沿捕获
    sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
    sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    sConfigIC.ICFilter = 0;
    HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&TimHandle, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1);

    // 启动输入捕获
    HAL_TIM_IC_Start_IT(&TimHandle, TIM_CHANNEL_1);
}

输入捕获，计算输入信号周期

#include "stm32f1xx_hal.h"

// 定义全局变量
uint32_t capture1 = 0;
uint32_t capture2 = 0;
uint32_t difference = 0;
uint32_t frequency = 0;

// 初始化 TIM3 的输入捕获功能
void TIM3_InputCapture_Init(void)
{
    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();

    TIM_HandleTypeDef TimHandle = {0};
    TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC = {0};

    TimHandle.Instance = TIM3;
    TimHandle.Init.Prescaler = 72 - 1;  // 1 MHz 计数频率
    TimHandle.Init.Period = 0xFFFF;
    TimHandle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    HAL_TIM_IC_Init(&TimHandle);

    sConfigIC.ICPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;
    sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
    sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    sConfigIC.ICFilter = 0;
    HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&TimHandle, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1);

    HAL_TIM_IC_Start_IT(&TimHandle, TIM_CHANNEL_1);
}

// 定时器输入捕获回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(htim->Instance == TIM3 && htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1)
    {
        if (capture1 == 0)
        {
            capture1 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1);
        }
        else
        {
            capture2 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1);

            if (capture2 > capture1)
            {
                difference = capture2 - capture1;
            }
            else
            {
                difference = (0xFFFF - capture1) + capture2 + 1;
            }

            frequency = 1000000 / difference;

            capture1 = 0;
        }
    }
}

void TIM3_NVIC_Config(void)
{
    HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn, 0, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);
}

// 主函数
int main(void)
{
    HAL_Init();

    TIM3_InputCapture_Init();
    TIM3_NVIC_Config();

    while(1)
    {
        // 可以在此处监控 frequency 变量
    }
}