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STM32定时器常见面试题

STM32定时器是STM32微控制器中非常重要的外设，在嵌入式系统开发中有广泛应用。以下是STM32定时器相关的常见面试题及解答：

1. STM32定时器的基本类型

STM32系列微控制器通常包含以下几种类型的定时器：

1. 基本定时器：如TIM6、TIM7只有计数功能，主要用于触发DAC和产生中断16位计数器，无捕获/比较通道
2. 通用定时器：如TIM2、TIM3、TIM4、TIM516位或32位计数器（TIM2/TIM5在某些系列中是32位）多个捕获/比较通道支持PWM输出、输入捕获等功能
3. 高级定时器：如TIM1、TIM816位计数器支持通用定时器的所有功能额外支持互补输出、死区控制、刹车输入等功能适用于电机控制等应用
4. 低功耗定时器：如LPTIM在低功耗模式下仍可工作功能相对简单，但功耗极低

2. 定时器的基本工作原理

// 基本定时器配置示例
void TIM_BasicConfig(void) {
    // 时钟使能
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE);
    
    // 定时器基本配置
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1;        // 自动重装载值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;       // 预分频值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM6, &TIM_TimeBaseStructure);
    
    // 使能定时器中断
    TIM_ITConfig(TIM6, TIM_IT_Update, ENABLE);
    
    // 启动定时器
    TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);
}

关键参数解析

1. 预分频器(PSC)：对输入时钟进行分频实际分频值 = PSC + 1
2. 自动重装载寄存器(ARR)：定义计数器的周期计数器达到ARR值时会产生更新事件
3. 计数模式：向上计数：从0计数到ARR向下计数：从ARR计数到0中心对齐模式：在0和ARR之间来回计数

3. 定时器中断计算公式

定时时间 = (PSC + 1) * (ARR + 1) / 时钟频率

例如，对于72MHz的时钟频率，要实现1ms的定时：

// 方案1：PSC=71, ARR=999
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1;    // ARR=999
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;   // PSC=71
// 计算: (71+1)*(999+1)/72MHz = 1ms

// 方案2：PSC=7199, ARR=9
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 10 - 1;      // ARR=9
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1; // PSC=7199
// 计算: (7199+1)*(9+1)/72MHz = 1ms

4. PWM输出配置

void TIM_PWM_Config(void) {
    // 时钟使能
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    // GPIO配置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 定时器基本配置
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
    
    // PWM配置
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;  // 50%占空比
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
    
    TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
    TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE);
    
    // 启动定时器
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

PWM模式解析

1. PWM模式1：计数器值 < CCR值时，通道输出有效电平计数器值 ≥ CCR值时，通道输出无效电平
2. PWM模式2：与PWM模式1相反的输出逻辑
3. 占空比计算：

5. 输入捕获配置

void TIM_IC_Config(void) {
    // 时钟使能
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    // GPIO配置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 定时器基本配置
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xFFFF;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
    
    // 输入捕获配置
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0;
    TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
    
    // 使能捕获中断
    TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, ENABLE);
    
    // 启动定时器
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

// 中断处理函数
void TIM3_IRQHandler(void) {
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_CC1) != RESET) {
        // 读取捕获值
        uint16_t captureValue = TIM_GetCapture1(TIM3);
        // 处理捕获值...
        
        // 清除中断标志
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_CC1);
    }
}

输入捕获应用

1. 测量脉冲宽度：
2. 测量频率：

6. 高级定时器特有功能

互补输出与死区时间

void TIM_AdvancedPWM_Config(void) {
    // 时钟使能
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1 | RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    
    // GPIO配置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    // PWM输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;  // TIM1_CH1
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 互补输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;  // TIM1_CH1N
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    // 定时器基本配置
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_