STM32 定時器全解析：從基礎到進階的實戰指南

STM32 定時器架構概覽

STM32 微控制器內建功能強大的定時器系統，共有 8 個 16 位元定時器，依功能分為三大類：基本定時器、通用定時器與高級定時器。理解它們的差異與適用場景，是掌握 STM32 定時應用的關鍵。

基本定時器（TIM6、TIM7）

TIM6 與 TIM7 為基本定時器，功能相對單純，主要用於產生 DAC 觸發訊號，或作為簡單的時間基準產生器。它們不具備輸入捕獲、輸出比較或 PWM 輸出功能，適合不需要複雜波形控制的定時任務。

通用定時器（TIM2、TIM3、TIM4、TIM5）

通用定時器是最常用的類型，除基本計時功能外，還支援以下進階應用：

• 輸入捕獲/輸出比較： 可實現脈衝頻率測量、脈寬測量等功能
• PWM 輸出/輸入： 支援多通道 PWM 輸出，可用於電機控制、LED 調光等
• 外部時鐘模式： 可使用外部脈衝作為定時器時鐘源，實現外部事件計數
• 編碼器介面： 直接連接旋轉編碼器，簡化位置/速度檢測電路

高級定時器（TIM1、TIM8）

高級定時器擁有通用定時器所有功能，並新增關鍵特性專為電機控制設計：

• 互補 PWM 輸出與死區控制： 內建死區產生器，防止橋式驅動電路直通
• 剎車輸入： 可快速關閉 PWM 輸出，保護功率元件
• 三相/六步換相： 硬體支援無刷直流電機換相邏輯
• 重複計數器： 可設定更新事件頻率，降低中斷負載

相比通用定時器，高級定時器多出 BRK（剎車）與 DTG（死區產生器）兩個硬體模組，這正是其核心優勢所在。

實戰：TIM3 定時中斷初始化完整範例

以 TIM3 為例，展示標準庫下的定時中斷配置流程：

void TIM3_Init(u16 arr, u16 psc) {
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;
    
    // 1. 開啟 TIM3 時鐘（掛載於 APB1 總線）
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
    
    // 2. 時基單元配置
    TIM_InitStruct.TIM_Period = arr;              // 自動重裝載值 (ARR)
    TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = psc;           // 預分頻值 (PSC)
    TIM_InitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // 向上計數模式
    TIM_InitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;      // 時鐘分割：不分頻
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_InitStruct);
    
    // 3. 啟用更新中斷
    TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
    
    // 4. 啟動定時器
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

void NVIC_Config(void) {
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
    
    // 設定中斷優先級分組：1 位搶佔優先級，3 位子優先級
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
    
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
}

void TIM3_IRQHandler(void) {
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) {
        LED0 = ~LED0;  // 翻轉 LED 狀態
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);  // 清除中斷標誌
    }
}

關鍵結構體參數詳解

typedef struct {
    u16 TIM_Period;        // ARR：自動重裝載值 (0x0000~0xFFFF)
    u16 TIM_Prescaler;     // PSC：預分頻係數 (0x0000~0xFFFF)
    u16 TIM_ClockDivision; // 時鐘分割：TDTS 取樣頻率設定
    u16 TIM_CounterMode;   // 計數模式選擇
} TIM_TimeBaseInitTypeDef;

計數模式選項：

• TIM_CounterMode_Up：向上計數（0 → ARR）
• TIM_CounterMode_Down：向下計數（ARR → 0）
• TIM_CounterMode_CenterAligned1/2/3：中央對齊模式，適合 PWM 相位正確控制

時鐘分割選項：

• TIM_CKD_DIV1：TDTS = Tck_tim（不分頻）
• TIM_CKD_DIV2：TDTS = 2 × Tck_tim
• TIM_CKD_DIV4：TDTS = 4 × Tck_tim

中斷源配置

TIM_ITConfig() 可啟用多種中斷源（可組合使用）：

• TIM_IT_Update：更新中斷（溢位/重裝載）
• TIM_IT_CC1~CC4：捕獲/比較 1~4 中斷
• TIM_IT_Trigger：觸發中斷

定時器頻率計算公式

輸出頻率 / 中斷頻率 = TIM_CLK / ((PSC + 1) × (ARR + 1))

其中 TIM_CLK 為定時器時鐘頻率（APB1 總線時鐘，通常為 36MHz 或 72MHz），PSC 為預分頻值，ARR 為自動重裝載值。

常見應用場景建議

總結

STM32 定時器系統靈活強大，選型關鍵在於明確應用需求：基本定時用 TIM6/7，通用控制用 TIM2~5，電機驅動必選 TIM1/8。掌握時基單元配置、中斷處理與 NVIC 設定三大核心步驟，即可靈活驅動各類定時應用。