凌云工坊

外观

STM32 基本定时器 TIM6：定时中断与 PSC/ARR 计算

约 3671 字大约 12 分钟

2026-05-14

系列：外设基础系列
难度等级：⭐⭐☆☆☆
适用芯片：STM32F103xx（其他系列差异见文末说明）
开发环境：STM32CubeIDE 1.x + HAL 库
前置知识：中断基础概念（抢占与响应）、STM32 时钟树与 APB1 频率、GPIO 点灯与串口 printf 基础

一、前言

TIM6 可以把它当成“厨房里的机械定时器旋钮”。你先设定“每隔多久响一次”，它就会按固定节奏触发事件；这个“响一次”对应到单片机里，就是 TIM6 的更新中断到来一次。

如果不用定时器，而是靠 HAL_Delay() 或空循环凑时间，项目里很容易踩坑。第一个问题是 CPU 会被阻塞，其他任务响应会变慢；第二个问题是延时精度受代码路径和中断影响，时间久了会漂移；第三个问题是后期维护困难，功能一多就很难保证节拍一致。

本文会让你完成一个明确实验：配置 TIM6 每 500ms 触发一次更新中断，在回调里翻转 PC13 LED，并通过串口每秒打印已运行秒数。你可以用 LED 闪烁频率和串口秒计数两种现象同时验证功能是否正确。

二、原理讲解

2.1 工作原理

一句话核心：TIM6 通过时钟分频（PSC）和自动重装（ARR）累计计数，计满后产生更新事件并触发中断。

APB1定时器时钟
    │
    ▼
[PSC预分频器]        ← 先把高频时钟降到可控计数频率
    │
    ▼
[CNT计数器]         ← 按分频后的节拍递增计数
    │
    ▼
[ARR自动重装值]      ← CNT计到ARR后产生更新事件UEV
    │
    ▼
[TIM6中断请求]       ← 进入中断服务，再调用HAL回调

💡 关键理解：定时时间不是只看 ARR，必须和 PSC 一起算；两者任意一个改了，周期都会变。

2.2 关键参数计算

基本定时器更新周期公式：

Tupdate=(PSC+1)×(ARR+1)fTIMT_{update}=\frac{(PSC+1)\times(ARR+1)}{f_{TIM}}

若目标中断频率为 (f_{int})：

fint=fTIM(PSC+1)×(ARR+1)f_{int}=\frac{f_{TIM}}{(PSC+1)\times(ARR+1)}

符号含义单位
(f_)TIM6 输入时钟频率Hz
(PSC)预分频寄存器值无
(ARR)自动重装寄存器值无
(T_)更新中断周期s
(f_)更新中断频率Hz
目标：TIM6 每 500ms 触发一次中断（即 2Hz）

已知：fTIM = 72MHz（F103 常见配置下，APB1分频不为1时定时器时钟翻倍到72MHz）

推导过程：
  步骤1：先设定计数频率为10kHz，取 PSC = 7200-1 = 7199
  步骤2：需要 0.5s 周期，则计数次数 = 0.5 × 10000 = 5000
         ARR = 5000-1 = 4999

验证：Tupdate = (7199+1)×(4999+1)/72,000,000 = 0.5s  ✓

2.3 关键寄存器 / HAL 结构体

寄存器（HAL成员）作用典型值/选项
htim6.Init.Prescaler预分频设置7199
htim6.Init.Period自动重装值 ARR4999
htim6.Init.CounterMode计数方向TIM_COUNTERMODE_UP
TIM6->DIER更新中断使能位UIE=1
TIM6->SR更新中断标志位UIF
TIM6_DAC_IRQnTIM6/TIM7 共用中断入口NVIC 使能

💡 功能开发优先用 HAL 结构体配置；只有中断不进、频率异常这类问题，再去看 DIER/SR 等寄存器位。

2.4 子功能说明

本文使用的是 TIM6 基本定时器更新中断模式；TIM6 不带输入捕获/PWM 这些高级通道功能，这类需求要用通用定时器（如 TIM2/TIM3）后续再讲。

三、硬件说明

本实验无需外接任何模块，仅使用开发板板载资源。
板载 LED 引脚因板型而异，常见为 PC13（最小系统板）或 PA8，请查阅你的原理图确认后修改代码中的宏定义。
如需串口打印调试，通过板载 USB 转串口（通常为 PA9/PA10）连接电脑即可。

四、CubeMX 配置步骤

4.1 时钟配置

  1. 第一步：RCC 配置（选外部晶振）
  2. 第二步：Clock Configuration 页面的具体设置（写明目标频率数值）
    设置 SYSCLK=72MHz，AHB=72MHz，APB1=36MHz，APB2=72MHz。
  3. 第三步：确认该外设所在总线的时钟频率（写明总线名称和数值）
    TIM6 挂在 APB1，当 APB1 Prescaler != 1 时定时器时钟翻倍，确认 TIM6CLK=72MHz。

4.2 外设配置

步骤一：在 Pinout & Configuration -> Timers -> TIM6 中选择 Activated，模式选 Internal Clock。

步骤二：Parameter Settings 参数表格

参数项填写值说明
Prescaler (PSC)7199把 72MHz 分频到 10kHz，方便按毫秒级换算
Counter Period (ARR)499910kHz 下计 5000 次即 500ms
Counter ModeUp递增计数最直观，便于初学排查
AutoReload PreloadDisable本实验周期固定，不需要运行中平滑换周期
Trigger Event SelectionReset不用主从触发链，保持最小配置

步骤三：NVIC 中断配置（写明勾选路径和优先级建议值）
在 Pinout & Configuration -> System Core -> NVIC 勾选 TIM6 global interrupt（实际向量名为 TIM6_DAC_IRQn），建议优先级 Preemption Priority=2、Sub Priority=0。

步骤四：代码生成设置（写明需要勾选哪个选项及其路径）
在 Project Manager -> Code Generator 勾选 Generate peripheral initialization as a pair of '.c/.h' files per peripheral，减少后续手改与再生成冲突。

五、代码实现

5.1 设计思路

  • 把“500ms 中断事件”与“1秒打印事件”分开计数，因为 LED 翻转和串口打印节拍不同，分开后逻辑更清楚。
  • 在中断回调里只做轻量操作（计数+翻转+置标志），避免耗时打印直接拖慢中断响应。
  • 串口打印放在主循环根据标志位执行，因为这样能保证中断短小、系统可扩展性更好。
  • 使用 HAL_TIM_Base_Start_IT() 启动而不是手写寄存器启动，初学阶段更不容易漏开中断位。

5.2 初始化代码

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6);                                          // 启动TIM6并使能更新中断，让500ms节拍开始工作
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);                    // 先给LED确定初始状态，避免上电后状态不明
printf("TIM6 start: 500ms interrupt\r\n");                              // 打印启动信息，确认串口链路和定时器已启动
/* USER CODE END 2 */

💡 最关键的是 HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6)，只 Start 不 Start_IT 的话中断不会进回调。

5.3 核心功能代码

代码块1：中断回调函数

/**
  * @brief  定时器周期到达后的HAL回调
  * @param  htim: 触发回调的定时器句柄
  * @retval None
  * @note   仅做轻量操作，耗时打印放到主循环执行
  */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    static uint8_t half_sec_tick = 0;                                   // 记录500ms节拍次数，用于拼出1秒事件

    if (htim->Instance == TIM6)                                          // 分支1：仅处理TIM6来源，避免误处理其他定时器
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);                          // 每500ms翻转一次LED，形成1Hz闪烁现象
        half_sec_tick++;                                                 // 500ms计数+1，累计两次就是1秒

        if (half_sec_tick >= 2U)                                         // 分支2：累计到1秒时触发“秒计数”逻辑
        {
            half_sec_tick = 0U;                                          // 清零半秒计数，开始下一秒累计
            g_run_seconds++;                                             // 全局秒计数+1，主循环据此打印
            g_sec_flag = 1U;                                             // 置位打印标志，通知主循环执行串口输出
        }
        else                                                             // 分支3：未到1秒时不触发打印
        {
            /* keep waiting for next 500ms tick */                       // 保持等待，避免中断里做无意义操作
        }
    }
    else                                                                 // 分支4：非TIM6中断来源
    {
        /* ignore other timer callbacks */                               // 明确忽略，防止多定时器工程里逻辑串线
    }
}

代码块2：主循环 while(1) 部分

/* USER CODE BEGIN 3 */
while (1)
{
    if (g_sec_flag == 1U)                                                // 条件1：收到“满1秒”标志时才打印
    {
        g_sec_flag = 0U;                                                 // 先清标志，避免重复打印同一秒
        printf("run time: %lu s\r\n", g_run_seconds);                    // 打印运行秒数，验证定时节拍稳定性
    }
    else                                                                 // 条件2：未到打印时机
    {
        /* no blocking task here */                                      // 主循环保持轻量，给系统其他任务留响应空间
    }
}
/* USER CODE END 3 */

5.4 串口重定向（如本实验用到 printf 则必须包含，否则删除此节）

#include "stdio.h"                                                       // 引入标准IO声明，提供fputc接口原型

int fputc(int ch, FILE *f)                                               // 把printf单字节输出重定向到USART1发送
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);              // 阻塞发送1字节，优先保证调试输出完整
    return ch;                                                           // 返回已发送字符，满足标准库约定
}

Keil 需勾选 MicroLIB、CubeIDE 需添加 syscalls.c。

六、实验现象与验证

6.1 预期效果

  • ✅ LED 每 500ms 翻转一次，完整亮灭周期约 1s（1Hz）。
  • ✅ 串口以 115200bps 每 1s 打印一行 run time: N s，N 连续递增且不跳号。

6.2 快速验证方法

方法1：串口时间戳验证（操作步骤）

  1. 打开串口助手，设置 115200, 8N1。
  2. 观察 10 秒，理论应收到约 10 行秒计数。
  3. 若明显快慢不一致，优先回查 APB1 与 TIM6 时钟是否按 72MHz 参与计算。

方法2：在线读取计数器值（代码片段）

uint32_t cnt_now = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim6);                       // 读取当前CNT值，确认计数器在持续递增
uint32_t arr_now = __HAL_TIM_GET_AUTORELOAD(&htim6);                    // 读取ARR值，确认是否为4999
printf("CNT=%lu, ARR=%lu\r\n", cnt_now, arr_now);                       // 期望ARR=4999，CNT在0~4999循环变化

七、常见问题排查

❓ 现象：LED 不闪烁，串口也没有秒计数输出

可能原因：

  1. 只初始化了 TIM6 但没有调用 HAL_TIM_Base_Start_IT，导致中断根本没启动。
  2. NVIC 没勾选 TIM6 global interrupt，更新事件产生了但 CPU 不会响应该中断。

排查步骤：

先看启动代码里是否调用 HAL_TIM_Base_Start_IT，再读中断使能位判断 UIE 是否打开。

/* 检查TIM6中断使能状态，期望UIE=1 */
uint32_t dier = TIM6->DIER;                                             // 读取DMA/中断使能寄存器
printf("TIM6->DIER=0x%08lX\r\n", dier);                                 // 观察UIE位是否置1
if ((dier & TIM_DIER_UIE) == 0U)                                        // 如果UIE未使能说明中断启动流程有缺失
{
    printf("UIE disabled, call HAL_TIM_Base_Start_IT\r\n");             // 给出直接修复方向
}

❓ 现象：中断进了，但系统明显卡顿，串口偶尔堵住

可能原因：

  1. 在 HAL_TIM_PeriodElapsedCallback 里直接做了长字符串打印，阻塞发送拖长中断执行时间。
  2. 回调里做了耗时计算或延时函数，导致中断占用过久影响主循环和其他中断。

排查步骤：

在回调入口和出口打 GPIO 脉冲或计时，若中断执行时间过长，先把耗时逻辑移到主循环。

/* 测量回调耗时，期望远小于500ms，最好在毫秒级以内 */
uint32_t t0 = HAL_GetTick();                                            // 记录回调开始时间
/* heavy work should NOT be here */                                     // 提醒不要在回调中放耗时任务
uint32_t t1 = HAL_GetTick();                                            // 记录回调结束时间
printf("ISR cost=%lu ms\r\n", t1 - t0);                                 // 若耗时偏大，应迁移逻辑到主循环

❓ 现象：同时启用 TIM6 和 TIM7 后，回调里逻辑串线（TIM6 特有易混点）

可能原因：

  1. F103 上 TIM6 与 TIM7 共用 TIM6_DAC_IRQHandler 向量，回调中没做 htim->Instance 区分会误处理。
  2. 只写了一个“默认定时器处理分支”，后续加 TIM7 时忘记补充来源判断。

排查步骤：

在回调里打印 htim->Instance 或分别计数，确认是否按来源分支处理。

/* 区分TIM6/TIM7来源，期望TIM6任务只在TIM6分支运行 */
if (htim->Instance == TIM6)                                             // 明确TIM6来源分支
{
    tim6_isr_cnt++;                                                     // 仅TIM6事件计数
    printf("TIM6 cnt=%lu\r\n", tim6_isr_cnt);                           // 观察TIM6回调计数是否独立递增
}
else if (htim->Instance == TIM7)                                        // 明确TIM7来源分支
{
    tim7_isr_cnt++;                                                     // 仅TIM7事件计数
    printf("TIM7 cnt=%lu\r\n", tim7_isr_cnt);                           // 观察TIM7回调计数是否独立递增
}
else                                                                     // 其他来源保护分支
{
    printf("unknown timer source\r\n");                                 // 防止误判来源导致逻辑串线
}

八、设计选型参考

方案优点缺点适用场景
HAL_Delay上手最快，代码直观阻塞 CPU，扩展性差单一小实验、临时延时
SysTick系统自带，1ms 基准方便常被 RTOS/系统节拍占用基础周期调度、软件定时
TIM6（本文）纯硬件定时，节拍稳定功能单一，无输入捕获/PWM周期中断、心跳任务
通用定时器（TIM2/3等）功能丰富，可做捕获/PWM配置项更多，学习成本更高电机控制、测频、复杂时序

💡 选型原则：只要需求是“稳定周期中断”且不需要 PWM/捕获，优先 TIM6；一旦涉及波形输出或输入测量，直接选通用定时器。

九、进阶方向

  • TIM6 + DMA 触发外设更新：能实现固定节拍自动搬运数据，避免 CPU 每次中断手动喂数据。
  • 多定时器分层调度：能实现 1ms/10ms/100ms 多节拍任务拆分，避免所有任务堆在同一回调里。
  • 动态改 PSC/ARR 实现可变周期：能实现运行中平滑改定时参数，避免停机重启后才生效。
  • 与低功耗模式联动唤醒：能实现周期唤醒采样，避免主循环常亮运行导致功耗偏高。

十、总结

本文完成了：用 TIM6 实现了精确的 500ms 定时中断，在回调中翻转 LED 并通过串口输出运行秒计数。

核心知识点回顾：

  1. TIM6 的定时周期由 PSC 和 ARR 共同决定，计算公式为 (T=(PSC+1)\times(ARR+1)/f_{TIM})，两者写寄存器时都要减 1。
  2. 中断回调应保持短小，把打印和耗时任务放到主循环，可以显著降低系统卡顿风险。
  3. F103 上 TIM6 与 TIM7 共用中断向量，回调里必须按 htim->Instance 区分来源以避免逻辑串线。

参考资料

  • STM32F103 参考手册链接（固定）：https://www.st.com/resource/en/reference_manual/cd00171190.pdf
  • HAL 库用户手册链接（固定）：https://www.st.com/resource/en/user_manual/dm00154093.pdf
  • CubeMX 用户手册链接（固定）：https://www.st.com/resource/en/user_manual/dm00104712.pdf
  • 补充资料1（主题相关）：https://www.st.com/resource/en/application_note/an4013-introduction-to-timers-for-stm32-mcus-stmicroelectronics.pdf
  • 补充资料2（主题相关）：https://www.st.com/en/embedded-software/stm32cubef1.html
*如有错误或建议，欢迎在评论区留言。转载请注明原文出处。*

芯片差异说明（如有差异则必须包含，否则删除）

对比项STM32F103 (F1)STM32F4STM32H7
TIM6/TIM7 中断向量常见为共享向量（需区分来源）多数型号为独立中断向量中断与时钟域更细分，配置项更多
计时器时钟关系APB 分频不为1时定时器时钟翻倍同类规则但时钟树更复杂时钟来源与门控更灵活，排查需更细
HAL 配置复杂度基础参数少，上手快触发与主从链配置更常见高性能场景下常配合DMA/缓存策略
典型应用重心基础周期中断与心跳任务中速控制与多外设协同高频控制与复杂实时调度
凌云工坊 SkyForge
Copyright © 2025-present SkyForge