單片機(jī)定時器是一種用于計時和定時操作的功能模塊。它通常用于生成延時、計數(shù)事件以及產(chǎn)生精確的時間間隔信號。其工作原理可以從以下幾個方面來理解：
1. 基本結(jié)構(gòu)
計數(shù)器：定時器內(nèi)有一個計數(shù)器(通常是一個寄存器)，用于計數(shù)時鐘脈沖。
時鐘源：定時器依賴于一個時鐘源，通常是系統(tǒng)時鐘，還可以是外部時鐘信號。
預(yù)分頻器：在某些單片機(jī)中，定時器可以有一個預(yù)分頻器，將系統(tǒng)時鐘頻率降低，以適應(yīng)所需的計時時間。
2. 計數(shù)方式
向上計數(shù)：定時器從0開始向上計數(shù)，直到達(dá)到設(shè)定值(上限)。
向下計數(shù)：從一個設(shè)定的初始值向下計數(shù)到0。
雙向計數(shù)：有些定時器支持同時計數(shù)。
3. 啟動與停止
用戶可以通過設(shè)置控制寄存器來啟動或停止定時器的計數(shù)。定時器開始計數(shù)后，會根據(jù)設(shè)定的模式和值進(jìn)行運行。
4. 溢出和中斷
當(dāng)計數(shù)器達(dá)到設(shè)定的最大值時，會發(fā)生溢出。此時，定時器可以產(chǎn)生一個中斷信號，通知CPU定時器的工作狀態(tài)已完成。程序可以在中斷服務(wù)例程(ISR)中執(zhí)行某些操作。
有些定時器還支持比較模式，在指定的時間點生成輸出信號。
5. 精度
定時器的精度取決于系統(tǒng)時鐘的頻率和預(yù)分頻設(shè)置。通過調(diào)整這些參數(shù)，可以在不同的應(yīng)用場景中實現(xiàn)所需的時間間隔。
6. 應(yīng)用場景
產(chǎn)生延時：在需要等待一段時間的操作中。
計時功能：計數(shù)事件發(fā)生的次數(shù)，比如脈沖計數(shù)。
PWM(脈寬調(diào)制)：用于控制電機(jī)和調(diào)節(jié)亮度。
時間戳：記錄事件發(fā)生的精確時間。
定時器功能比較 ：
1)計數(shù)器三種計數(shù)模式
向上計數(shù)模式：從0開始，計到arr預(yù)設(shè)值，產(chǎn)生溢出事件，返回重新計時
向下計數(shù)模式：從arr預(yù)設(shè)值開始，計到0，產(chǎn)生溢出事件，返回重新計時
中央對齊模式：從0開始向上計數(shù)，計到arr產(chǎn)生溢出事件，然后向下計數(shù)，計數(shù)到1以后，又產(chǎn)生溢出，然后再從0開始向上計數(shù)。(此種技術(shù)方法也可叫向上/向下計數(shù))
2)高級控制定時器(TIM1和TIM8)
兩個高級控制定時器(TIM1和TIM8)可以被看成是分配到6個通的三三相PWM發(fā)生器，它具有帶死區(qū)插入的互補(bǔ)PWM輸出，還可以被當(dāng)成完整的通用定時器。四個獨立的通道可以用于：
(1)輸入捕獲
(2)輸出比較
(3)產(chǎn)生PWM(邊緣或中心對齊模式)
(4)單脈沖輸出
配置為16位標(biāo)準(zhǔn)定時器時，它與TIMX定時器具有相同的功能。配置為16位PWM發(fā)生器時，它具有全調(diào)制能力(0~100%)。在調(diào)試模式下，計數(shù)器可以被凍結(jié)，同時PWM輸出被禁止，從而切斷由這些輸出所控制的開關(guān)。很多功能都與標(biāo)準(zhǔn)的TIM定時器相同，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也相同，因此高級控制定時器可以通過定時器鏈接功能與TIM定時器協(xié)同操作，提供步或事件鏈接功能。
3)通用定時器(TlMx)
STM32F103XC、STM32F103XD和STM32F103XE增強(qiáng)型系列產(chǎn)品中，內(nèi)置了多達(dá)4 個可同步運行的標(biāo)準(zhǔn)定時器(TIM2、TIM3、TIM4和TIM5)。每個定時器都有一個16位的自動加載遞加/遞減計數(shù)器、一個16位的預(yù)分頻器和4個獨立的通道，每個通道都可用于輸入捕獲、輸出比較、PWM和單脈沖模式輸出，在最大的封裝配置中可提供最多16個輸入捕獲、輸出比較或PWM通道。它們還能通過定時器鏈接功能與高級控制定時器共同工作，提供同步或事件鏈接功能。在調(diào)試模式下，計數(shù)器可以被凍結(jié)。任一標(biāo)準(zhǔn)定時器都能用于產(chǎn)生：PWM輸出。每個定時器都有獨立的DMA請求機(jī)制。
這些定時器還能夠處理增量編碼器的信號，也能處理1至3個霍爾傳感器的數(shù)字輸出。
4)基本定時器-TlM6和TIM7
這2個定時器主要是用于產(chǎn)生：DAC觸發(fā)信號，也可當(dāng)成通用的16位時基計數(shù)器。獨立看門 狗獨立的看門狗是基于一個12位的遞減計數(shù)器和一個8位的預(yù)分頻器，它由一個內(nèi)部獨立的40kHz的RC振蕩器提供時鐘; 因為這個RC振蕩器獨立于主時鐘，所以它可運行于停機(jī)和待機(jī)模式。它可以被當(dāng)成看門狗用于在發(fā)生問題時復(fù)位整個系統(tǒng)，或作為一個自由定時器為應(yīng)用程序提供超時管理。通過選項字節(jié)可以配置成是軟件或硬件啟動看門狗。在調(diào)試模式下，計數(shù)器可以被凍結(jié)。
5)窗口看門狗
窗口看門狗內(nèi)有一個7位的遞減計數(shù)器，并可以設(shè)置成自由運行。它可以被當(dāng)成看門狗用于在發(fā)生問題時復(fù)位整個系統(tǒng)。它由主時鐘驅(qū)動，具有早期預(yù)警中斷功能; 在調(diào)試模式下，計數(shù)器可以被凍結(jié)。
6)系統(tǒng)時基定時器
這個定時器是專用于實時操作系統(tǒng)，也可當(dāng)成一個標(biāo)準(zhǔn)的遞減計數(shù)器。它具有下述特性：
(1)24位的遞減計數(shù)器
(2)自動重加載功能
(3)當(dāng)計數(shù)器為0時能產(chǎn)生一個可屏蔽系統(tǒng)中斷
(4)可編程時鐘源
7)通用定時器的時鐘來源;
a：內(nèi)部時鐘(CK_INT)
b：外部時鐘模式1：外部輸入腳(TIx)
c：外部時鐘模式2：外部觸發(fā)輸入(ETR)
d：內(nèi)部觸發(fā)輸入(ITRx)：使用一個定時器作為另一個定時器的預(yù)分頻器
8)通用定時期內(nèi)部時鐘的產(chǎn)生：
從截圖可以看到通用定時器(TIM2-7)的時鐘不是直接來自APB1，而是通過APB1的預(yù)分頻器以后才到達(dá)定時器模塊。
當(dāng)APB1的預(yù)分頻器系數(shù)為1時，這個倍頻器就不起作用了，定時器的時鐘頻率等于APB1的頻率;
當(dāng)APB1的預(yù)分頻系數(shù)為其它數(shù)值(即預(yù)分頻系數(shù)為2、4、8或16)時，這個倍頻器起作用，定時器的時鐘頻率等于APB1時鐘頻率的兩倍。
這里要分析一下幾個概念，也是理解定時器的功能的核心概念，通用定時器有些類似于操作系統(tǒng)的定時器節(jié)拍，可以在定時器采用的時鐘源的基礎(chǔ)上再進(jìn)行分頻，然后再設(shè)定溢出大小，進(jìn)而實現(xiàn)定時的功能，當(dāng)然自動重載功能更不再話下。
預(yù)分頻的功能是使定時器在APB時鐘的基礎(chǔ)上再一次分頻，使其獨立的運行。就像上述代碼中舉例，預(yù)分頻系數(shù)設(shè)定為36000-1，則表示該定時器的 時鐘頻率就變成了72MHz/36000 = 2KHz，而“計數(shù)溢出大小”可以理解為自動裝載數(shù)值，表示每隔x個計數(shù)溢出一次，可以產(chǎn)生1次中斷，當(dāng)然這個頻率是經(jīng)過預(yù)分頻后的頻率。
所以從上述的分析可知，定時器的定時時間計算為：
Tout = (TIM_Period+1)*(TIM_Prescaler+1)/72000000
在本程序案例中：Tout= 2000*36000/72000000=1s
需要注意的是，公式中的72000000的使用，是因為該定時器采用的時鐘源為72MHz，如果配置成別的時鐘源，則相應(yīng)公式也應(yīng)該改變。
另外TIM_ClockDivision為時鐘分割，這個簡單的講，就是定時器的數(shù)字濾波功能，設(shè)置成默認(rèn)即可。
綜上所述，單片機(jī)定時器是基于一個計數(shù)器和時鐘源運作的模塊，通過設(shè)置寄存器和控制信號來實現(xiàn)精確的時間控制和事件計數(shù)。其廣泛應(yīng)用于各種實時控制和計時需求的場景中。
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