STM32定时器深度解析：从定时中断到外部时钟应用实战

Auto_Dev_06

459人浏览 · 2026-04-12 13:46:16

Auto_Dev_06 · 2026-04-12 13:46:16 发布

前言

一、STM32定时器架构与基础原理

3.2.1 System\Timer.h

3.2.2 System\Timer.c

3.3 主程序实现

3.3.1 User\main.c

5.2.1 System\Timer.h

5.2.2 System\Timer.c

5.3 主程序实现

5.3.1 User\main.c

前言

在嵌入式系统开发中，STM32定时器是最核心的外设之一，它不仅能实现精确的定时功能，还能处理外部时钟信号，为各种复杂应用场景提供支持。本文基于江协科技STM32入门教程系列，将深入探讨定时器的定时中断和外部时钟两大核心功能，帮助开发者全面掌握这一强大外设。

通过本文的学习，你将能够：

理解STM32定时器的工作原理和架构
掌握定时中断的配置和应用技巧
深入理解定时器外部时钟模式的工作机制
学会将两种模式结合应用到实际项目中

一、STM32定时器架构与基础原理

1.1 定时器系统架构

STM32定时器是基于ARM Cortex-M内核的复杂外设系统，其架构如下：

系统时钟 → AHB总线 → APB总线 → 定时器时钟 → 预分频器 → 计数器 → 比较/捕获寄存器

关键组成部分：

时钟源：可选择内部时钟或外部时钟
预分频器(PSC)：对输入时钟进行分频
自动重装载寄存器(ARR)：设定计数周期
计数器(CNT)：实际计数值
控制寄存器：配置工作模式和中断

1.2 定时器分类与特性

STM32F103系列包含多种定时器：

基本定时器：TIM6、TIM7（仅定时中断功能）
通用定时器：TIM2-TIM5、*TIM9-TIM14（功能最丰富）
高级定时器：TIM1、TIM8（支持电机控制等高级功能）

STM32F103C8T6定时器资源：TIM1、TIM2、TIM3、TIM4（无基本定时器）

二、定时器定时中断模式深度解析

2.1 定时中断工作原理

定时中断模式是最基础的应用，其工作原理如下：

时钟配置：选择内部时钟源（通常为系统时钟）
预分频：通过PSC寄存器将高频时钟分频为低频
自动重载：ARR寄存器设定计数最大值
计数过程：CNT寄存器从0开始向上计数
中断触发：当CNT=ARR时，产生更新中断，CNT重置为0

定时时间计算公式：

定时时间 = (ARR + 1) × (PSC + 1) / 时钟频率

2.1.1 基本定时器

2.1.2 通用定时器

2.1.3 高级定时器

其中对于通用定时器和高级定时器，支持向上计数、向下计数、中央对齐三种模式；而基本定时器仅支持向上计数这一种模式。

2.2 定时中断基本结构

2.3 预分频器时序

计数器计数频率：CK_CNT = CK_PSC / (PSC + 1)

2.4 计数器时序

计数器溢出频率：CK_CNT_OV = CK_CNT / (ARR + 1) = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)

2.5 计数器无预装时序

2.5 计数器有预装时序

2.6 RCC时钟树

三、定时器定时中断配置代码实现

3.1 定时中断接线图

3.2 封装定时器模块

我们这里使用模块化编程的思路，先将STM32的内部时钟模块封装到System文件夹下

3.2.1 System\Timer.h

#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H

void Timer_Init(void);
void TIM2_IRQHandler(void);

#endif

3.2.2 System\Timer.c

定时器的实现逻辑：开 TIM2 时钟（RCC_APB1PeriphClockCmd） → 设内部时钟（TIM_InternalClockConfig） → 配时基参数 PSC/ARR（TIM_TimeBaseInit） → 开更新中断（TIM_ITConfig） → 配 NVIC（NVIC_PriorityGroupConfig/NVIC_Init） → 启动 TIM2（TIM_Cmd） → 在中断函数里处理并清中断标志（TIM2_IRQHandler）

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

extern uint16_t Num;

void Timer_Init(void)
{
	// 1. 开启 TIM2 时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	
    // 2. 选择内部时钟
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);

    // 3. 配置时基单元	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000 - 1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
    // 4. 清除更新标志位
	TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);

    // 5. 开启更新中断
	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

    // 6. 配置 NVIC
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
    // 7. 启动 TIM2
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) ==  SET)
	{
		Num ++;
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}

需要注意的是，由于预分频器中缓冲寄存器的存在，会导致按下复位按钮后，更新事件和更新中断同时发生（即从1开始计数），所以为了避免刚初始化完成后就立即进中断，需要手动把更新中断标志位清除一下（TIM_ClearFlag）（即从0开始计数）

3.3 主程序实现

3.3.1 User\main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Timer.h"

uint16_t Num;

int main(void)
{
	
	OLED_Init();
	Timer_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "Num:");
	
	while (1)
	{
		OLED_ShowNum(1, 5, Num, 5);
		OLED_ShowNum(2, 5, TIM_GetCounter(TIM2), 5);// CNT计数器的变化情况
	}
	
}

/*
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) ==  SET)
	{
		Num ++;
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}
*/

这里对于main.c中的全局变量Num，在执行中断自增的操作时有两种处理方式，一种是在Timer.c文件中使用extern函数来声明外部变量Num，使其能够正常被中断函数调用；另一种是直接把中断函数void TIM2_IRQHandler(void)写在主函数中，这样就可以在主函数中直接调用Num了。

四、定时器外部时钟

4.1 外部时钟模式原理

外部时钟模式是本视频的核心内容，它允许定时器使用外部信号作为时钟源，实现对外部事件的精确计数和测量。

工作原理：

外部信号通过GPIO引脚输入
信号经过滤波和边沿检测
每检测到一个有效边沿，计数器加1
可配置上升沿、下降沿或双边沿触发

外部时钟模式应用场景：

旋转编码器测速
脉冲信号计数
频率测量
位置检测

五、定时器外部时钟配置代码实现

5.1 外部时钟接线图

5.2 封装外部时钟模块

5.2.1 System\Timer.h

#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H

void Timer_Init(void);
void TIM2_IRQHandler(void);
uint16_t Timer_GetCounter(void);

#endif

这里我们将CNT监视器的函数模块也进行了封装，使代码更加规范

5.2.2 System\Timer.c

外部时钟配置流程与内部时钟基本相同，仅需将原来配置内部时钟的函数改为配置外部时钟的函数，并且把外部时钟外设对应的GPIO引脚配置好即可（这里使用对射式红外传感器作为外部时钟进行配置，由于传感器本身的性质，建议将滤波调整为0x05）

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

extern uint16_t Num;

void Timer_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	TIM_ETRClockMode2Config(TIM2, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted, 0x05);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10 - 1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

uint16_t Timer_GetCounter(void)
{
	return TIM_GetCounter(TIM2);
}

void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) ==  SET)
	{
		Num ++;
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}

5.3 主程序实现

5.3.1 User\main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Timer.h"

uint16_t Num;

int main(void)
{
	
	OLED_Init();
	Timer_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "Num:");
	OLED_ShowString(2, 1, "CNT:");
	
	while (1)
	{
		OLED_ShowNum(1, 5, Num, 5);
		OLED_ShowNum(2, 5, Timer_GetCounter(), 5);// CNT计数器的变化情况
	}
	
}

/*
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) ==  SET)
	{
		Num ++;
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}
*/

六、总结展望与源码分享

通过本文的学习，我们深入掌握了STM32定时器的两大核心功能：定时中断模式和外部时钟模式。这两种模式各有特点，可以独立使用，也可以结合应用，为嵌入式系统开发提供强大的时间管理和外部信号处理能力。

6.1 核心收获

定时中断模式：适用于精确的时间控制、周期性任务调度、软件定时器实现
外部时钟模式：适用于脉冲信号计数、频率测量、编码器接口、外部事件触发
结合应用：通过两种模式的结合，可以实现复杂的实时控制系统，如电机控制、数据采集等

6.2 未来发展方向

深入学习定时器的PWM输出功能，实现电机精确控制
掌握输入捕获功能，实现高精度频率和占空比测量
学习定时器的主从模式，实现多定时器协同工作
结合DMA和定时器，实现高效的数据采集系统

6.3 实践建议

动手实验：按照本文代码，在开发板上实际运行并观察效果
项目应用：将定时器功能应用到实际项目中，如智能家居控制系统、工业监测设备等
性能优化：通过逻辑分析仪等工具，分析和优化定时器性能
深入学习：阅读STM32参考手册中定时器章节，理解底层硬件细节

6.4 源码分享

6-1 定时器定时中断https://gitee.com/Li-Cheng-Ze/stm32/tree/master/6-1%20%E5%AE%9A%E6%97%B6%E5%99%A8%E5%AE%9A%E6%97%B6%E4%B8%AD%E6%96%AD 6-2 定时器外部时钟https://gitee.com/Li-Cheng-Ze/stm32/tree/master/6-2%20%E5%AE%9A%E6%97%B6%E5%99%A8%E5%A4%96%E9%83%A8%E6%97%B6%E9%92%9F定时器作为STM32最强大的外设之一，其应用场景远不止本文所述。希望本文能为你打开STM32定时器应用的大门，助你在嵌入式开发道路上更进一步！

作者：Auto_Dev_06
开发环境：Keil MDK-ARM + STM32F103C8T6
参考资料：江协科技STM32入门教程系列、STM32F10x参考手册
版权声明：本文为CSDN原创文章，转载请注明出处
发布时间：2026年4月12日

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