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嵌入式系统定时器与PWM控制技术.docx
资料介绍
11 嵌入式系统定时器与PWM控制技术
一、引言
定时器是嵌入式系统中最基本、最常用的外设之一，广泛应用于时间测量、事件计数、脉冲生成和系统定时等场景。PWM（脉冲宽度调制）技术则是基于定时器实现的精确波形控制技术，在电机调速、LED 调光、音频输出和电源转换等领域发挥着不可替代的作用。深入理解定时器的工作原理和 PWM 控制技术，是嵌入式开发者掌握硬件控制能力的核心环节。
二、定时器的基本原理与分类
定时器的核心是一个可编程的计数器，在时钟源的驱动下进行累加或递减计数。当计数器达到预设的阈值时，会产生溢出事件或更新事件，触发中断或更新输出信号。定时器的分辨率取决于时钟源频率和计数器位宽——16 位定时器在 72MHz 时钟下的最大计时周期约为 910μs，而 32 位定时器在同频率下可计时约 59.6 秒。
基本定时器功能最简单，仅支持基本的计数功能，无外部引脚，通常用于产生周期性中断或作为时间基准。通用定时器在基本定时器的基础上增加了输入捕获、输出比较和 PWM 生成功能，是嵌入式系统中最常用的定时器类型。高级定时器在通用定时器的基础上增加了死区插入、互补输出、刹车功能和编码器接口等高级特性，专为电机控制和电源转换等复杂应用设计。**系统定时器（SysTick）**集成在 ARM Cortex-M 内核中的 24 位递减定时器，通常用作 RTOS 的滴答时钟，提供系统级的时间基准。
三、定时器的核心工作模式
基本计数模式下，定时器以固定频率进行计数，当计数器溢出时产生更新事件。在向上计数模式中，计数器从 0 计数到自动重装载值后溢出；在向下计数模式中，计数器从自动重装载值递减到 0 后溢出；在中央对齐模式中，计数器先向上计数到重装载值，再向下计数到 0，如此循环。
输入捕获模式用于测量外部信号的频率、周期或脉宽。当外部信号发生指定边沿变化时，定时器会锁存当前计数器的值到捕获寄存器中，并触发捕获中断。通过连续捕获两次边沿，可以计算出输入信号的周期或脉宽，广泛应用于 PWM 信号解码、频率测量和脉冲计数等场景。
输出比较模式用于在指定时刻产生精确的输出变化。当定时器的计数值与比较寄存器的值匹配时，输出引脚可以产生置高、置低、翻转或保持等操作，适用于产生精确的时序控制信号，如步进电机的脉冲序列和通信协议的时序信号。
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