tags: [source-summary] type: source source: "尚硅谷嵌入式技术之STM32单片机（进阶篇）V1.0.1 — 第1章：定时器 + 配套代码16~19" author: "尚硅谷研究院" date: 2026-07-15

created: 2026-07-15

SysTick与通用定时器TIM

用生活理解：SysTick 就像厨房里的倒计时秒表——设好时间（LOAD 值），它倒数到 0 就"叮"一声（中断）。TIM 通用定时器就像高级可编程定时器——可以预分频（时间压缩/扩展）、自动重装（倒计时到 0 自动重新开始）、还能输出 PWM 或测量外部脉冲。SysTick 是内核自带的"简单秒表"，TIM 是片上外设的"多功能定时器"。

SysTick 系统定时器

SysTick 是 Cortex-M3 内核自带的 24 位递减计数器，属于内核外设，与具体芯片厂商无关。在所有 Cortex-M3 产品间处理方式相同。

参考：Cortex-M3 权威指南 §8（SysTick 定时器）

SysTick 寄存器

寄存器	地址偏移	功能
CTRL	0x00	控制与状态寄存器
LOAD	0x04	重装载数值寄存器（24 位有效）
VAL	0x08	当前数值寄存器
CALIB	0x0C	校准寄存器（一般不用）

CTRL 寄存器位说明：

位	名称	值含义	说明
0	ENABLE	1=启动, 0=停止	计数器使能
1	TICKINT	1=允许中断, 0=禁止	计数到 0 时是否产生 SysTick 异常
2	CLKSOURCE	1=AHB(72MHz), 0=AHB/8(9MHz)	时钟源选择
16	COUNTFLAG	自动置 1	计数到 0 时硬件置 1，读后或写 CTRL 时自动清 0

LOAD 寄存器：24 位有效（最大值 16,777,215）。

VAL 寄存器：读返回当前计数值；写任意值清 0 并清除 COUNTFLAG。

SysTick 的两种用法

用法	配置	特点
查询延时	CLKSOURCE=AHB, TICKINT=0	轮询 COUNTFLAG 标志，阻塞式
周期性中断	CLKSOURCE=AHB/8, TICKINT=1	产生 1ms 定时中断（FreeRTOS 时基）

SysTick 延时实现（查询方式）

// 微秒级延时（基于 SysTick 查询，AHB=72MHz）
void Delay_us(uint32_t us)
{
    // LOAD: 72MHz 下每 1us 需要计数 72 次
    // LOAD 最大 24 位 = 16,777,215，单次最大延时 ≈ 233ms
    SysTick->LOAD = 72 * us;

    // VAL: 清当前值（写任何值都清 0，同时清除 COUNTFLAG）
    SysTick->VAL  = 0;

    // CTRL: ENABLE=1, CLKSOURCE=1(AHB), TICKINT=0(无中断)
    // 0x05 = 二进制 0000 0101
    SysTick->CTRL = 0x05;

    // 轮询等待 COUNTFLAG 置 1（计数到 0）
    // SysTick_CTRL_COUNTFLAG = (1UL << 16)
    while (!(SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG))
    {
    }

    // 关闭定时器（写 0 到 ENABLE 位）
    SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE;  // &=~: ENABLE位清0
}

// 毫秒级延时（累加 1000 次微秒）
void Delay_ms(uint32_t ms)
{
    while (ms--)
    {
        Delay_us(1000);  // 1ms = 1000us
    }
}

void Delay_s(uint32_t s)
{
    while (s--)
    {
        Delay_ms(1000);
    }
}

通用定时器 TIM

STM32F103ZET6 有 7 个定时器：

定时器	类型	位数	主要特性
TIM1	高级	16	带互补 PWM 输出、死区插入、刹车功能（电机控制）
TIM2~5	通用	16	时基、PWM、捕获/比较（最常用）
TIM6~7	基本	16	仅时基功能，无外部 I/O

TIM 时基单元结构

APBx 时钟 → PSC(预分频器) → CK_CNT → CNT(计数器) → ARR(自动重装)
                         ↓                       ↓
                      控制计数器时钟          溢出/更新事件(UEV)

关键寄存器： | 寄存器 | 说明 | 范围 | |--------|------|------| | PSC (预分频器) | 对时钟分频，产生 CK_CNT | 16 位（0~65535） | | CNT (计数器) | 当前计数值 | 16 位（0~65535） | | ARR (自动重装载) | 计数到该值时产生溢出 | 16 位（0~65535） | | CR1 (控制寄存器1) | CEN(使能)、UDIS(更新禁止)、URS(更新请求源)、OPM(单脉冲)、ARPE(自动重装预装载) | — | | DIER (中断使能) | UIE(更新中断)、CCxIE(捕获比较中断) | — | | SR (状态寄存器) | UIF(更新标志)、CCxIF(捕获比较标志) | — |

计数器时钟频率计算

CK_CNT = CK_PSC / (PSC + 1)

其中：

CK_PSC = APB1 时钟（TIM2~7）或 APB2 时钟（TIM1）
注意：如果 APB1 分频系数 ≠ 1，则 TIM2~7 的时钟 = APB1×2

示例（APB1=36MHz，分频=2 → TIM 时钟=72MHz）：

PSC = 7199 → CK_CNT = 72MHz / 7200 = 10KHz (0.1ms/计数)
PSC = 71999 → CK_CNT = 72MHz / 72000 = 1KHz (1ms/计数)

溢出时间公式

Tout = (ARR + 1) × (PSC + 1) / CK_PSC

CK_PSC = TIM 时钟频率（通常是 72MHz）
所以: Tout = (ARR + 1) × (PSC + 1) / 72,000,000

ARR	PSC	定时时长	分辨率
999	7199	1000×7200/72M = 100ms	0.1ms
9999	7199	10000×7200/72M = 1s	0.1ms
999	71999	1000×72000/72M = 1s	1ms
65535	65535	65536×65536/72M = ~59.6s	0.91μs

参考：参考手册 §14（通用定时器寄存器描述）

CR1 寄存器关键位

位	名称	功能说明
0	CEN	计数器使能（0=停止，1=启动）
4	DIR	计数方向（0=向上计数，1=向下计数）仅 TIM1/8 等可配
7	ARPE	Auto-Reload Preload Enable（0=ARR立即更新，1=ARR在下次更新事件时更新）
5	OPM	单脉冲模式（1=计数到 0 后自动停止）

实验：SysTick/TIM 定时控制 LED 闪烁

软件设计（SysTick 中断版）

项目路径：stm32_base/16_systick_led_twinkle_register

文件：stm32_base/16_systick_led_twinkle_register/User/systick.h

#ifndef __SYSTICK_H
#define __SYSTICK_H

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"

void Systick_Init(void);

#endif

文件：stm32_base/16_systick_led_twinkle_register/User/systick.c

#include "systick.h"

void Systick_Init(void)
{
    // 1. 设置初始装载的值，1ms 产生一次中断，72000 时钟周期
    SysTick->LOAD = 72000 - 1;

    // 2. 设置时钟源
    SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_CLKSOURCE;

    // 3. 使能中断
    SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_TICKINT;

    // 4. 启动定时器
    SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE;
}

// 全局变量作为中断计数
uint16_t count = 0;

void SysTick_Handler(void)
{
    count++;

    // 计数到 1000 次中断，即是1s，翻转LED1
    if (count == 1000)
    {
        LED_Toggle(LED_1);
        count = 0;
    }
}

软件设计（TIM 中断版）

项目路径：stm32_base/18_tim_led_twinkle_register

文件：stm32_base/18_tim_led_twinkle_register/Hardware/TIM/tim6.h

#ifndef __TIM6_H
#define __TIM6_H

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"

void TIM6_Init(void);

#endif

文件：stm32_base/18_tim_led_twinkle_register/Hardware/TIM/tim6.c

#include "tim6.h"

void TIM6_Init(void)
{
    // 1. 使能定时器
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM6EN;

    // 2. 设置预分频值 7199，表示7200分频得到10000Hz（100us）
    TIM6->PSC = 7199;

    // 3. 设置自动装载值 99，表示 100 次计数得到 1s
    TIM6->ARR = 99;

    // 4. 打开更新中断使能
    TIM6->DIER |= TIM_DIER_UIE;

    // 5. NVIC配置
    NVIC_SetPriorityGrouping(3);
    NVIC_SetPriority(TIM6_IRQn, 2);
    NVIC_EnableIRQ(TIM6_IRQn);

    // 6. 使能计数器
    TIM6->CR1 = TIM_CR1_CEN;
}

// 中断服务函数
void TIM6_IRQHandler(void)
{
    // 清除中断标志位
    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;

    // 每1s翻转一次LED2
    LED_Toggle(LED_2);
}

文件：stm32_base/18_tim_led_twinkle_register/User/main.c

#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "tim6.h"

int main(void)
{
	// 初始化
	USART_Init();
	LED_Init();
	TIM6_Init();

	printf("Hello world!\n");

	while (1)
	{
	}
}

HAL 库版定时器

HAL 库使用 TIM_HandleTypeDef 管理定时器，CubeMX 生成初始化代码后通过宏或 API 控制。

// CubeMX 生成: tim.c 中的 MX_TIMx_Init()
TIM_HandleTypeDef htim5;

void MX_TIM5_Init(void)
{
    htim5.Instance = TIM5;
    htim5.Init.Prescaler = 7200 - 1;          // PSC
    htim5.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim5.Init.Period = 10000 - 1;             // ARR
    htim5.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    htim5.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
    HAL_TIM_Base_Init(&htim5);
}

// HAL 库启动定时器中断
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim5);
// 不使用中断: HAL_TIM_Base_Start(&htim5);

// HAL 库定时器中断回调（用户重写此函数）
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM5)
    {
        static uint16_t tick = 0;
        if (++tick >= 1000) { HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_0); tick = 0; }
    }
}

SysTick vs TIM 对比

对比项	SysTick	TIM 通用定时器
属于	Cortex-M3 内核	芯片厂家外设
位数	24 位	16 位
预分频	固定 AHB 或 AHB/8	可编程 PSC (0~65535)
多通道	无	4 通道（捕获/比较/PWM）
中断	仅更新中断	更新 + 多通道捕获比较中断
精度	一般	高
用途	时基、裸机延时、RTOS 心跳	PWM、捕获、精确计时
数量	1 个（全芯片唯一）	7 个（多定时器可并行）

核心速查表

操作	SysTick	TIM 通用定时器
开启时钟	无需开启（内核自带）	`RCC->APB1ENR
配置预分频	无（AHB 或 AHB/8 固定）	`TIMx->PSC = value`
配置重装载	`SysTick->LOAD = value`	`TIMx->ARR = value`
计数方向	只减	可增可减
使能中断	`CTRL	= TICKINT`
启动	`CTRL	= ENABLE`
停止	`CTRL &= ~ENABLE`	`CR1 &= ~CEN`
清中断标志	自动（读 CTRL）	`SR &= ~UIF`（写 0）
当前计数值	读 `VAL`	读 `CNT`

常见问题与避坑

SysTick 中断不触发 → 检查 CTRL.TICKINT 是否置 1、NVIC 优先级配置（SysTick 属于异常，优先级在 SHPR3 寄存器）
TIM 定时时间不对 → 检查 APB1 分频系数：如果 APB1 预分频 ≠1，则 TIM 时钟 = APB1×2（不要直接按 APB1 频率算 CK_PSC）
中断只进一次 → ISR 中忘了清除 SR.UIF 标志（SR 是写 0 清除）
修改 ARR 后定时时间不变 → CR1.ARPE=0（ARR 立即更新）或 ARPE=1（等待下次更新事件）
TIM 与 SysTick 中断冲突 → 注意优先级配置，SysTick 常用最低优先级
Delay_us 最大延时限制 → LOAD 最大 0xFFFFFF（16,777,215），72MHz 下单次最大 ≈ 233ms。要更长时间需循环累积

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