4、定时器中断实现精准定时

定时器中断，说白了就是让芯片内部有个“闹钟”。

到了设定时间，它就自动跳出来喊CPU：“嘿，该干活了！”

我刚开始做运动控制那会儿，总觉得用延时函数也能凑合。后来发现，电机一跑起来，CPU被堵死在延时里，啥也干不了。嗯，那才叫一个惨。

4.1 配置定时器中断

配置定时器中断，其实就三步：

• 选定时器：一般用通用定时器，比如STM32的TIM2~TIM5。
• 设预分频：把时钟频率降下来，别让计数器跑太快。
• 设自动重装值：决定多久触发一次中断。

我习惯用库函数来配，清晰又不容易出错。给你看个例子：

// 以STM32F4为例，配置TIM3，1ms中断一次
void TIM3_Init(void)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 84 - 1;      // 84MHz / 84 = 1MHz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1;       // 1MHz / 1000 = 1kHz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

    TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

这里有个小细节：预分频和自动重装值都要减1。为什么？因为计数器是从0开始数的。你想想看，从0数到99，是不是正好100个数？

4.2 中断频率计算

中断频率的计算公式其实很简单：

中断频率 = 定时器时钟 / (预分频值 + 1) / (自动重装值 + 1)

拿上面的例子来说：

• 定时器时钟：84 MHz
• 预分频值：84 - 1
• 自动重装值：1000 - 1

算一下：84,000,000 / 84 / 1000 = 1000 Hz，也就是1ms中断一次。

我在项目中遇到过一个问题：把中断频率设得太高，结果CPU大部分时间都在进中断，主循环反而跑不动了。后来我学乖了，一般控制在1kHz以内，除非电流环这种必须高频的场合。

4.3 在中断中处理周期性任务

中断服务函数里，千万别写太长的代码。我见过有人把整个PID算法都塞进去，结果中断还没跑完，下一次中断又来了——这叫“中断嵌套”，搞不好就死机。

我的做法是：中断里只做三件事。

1. 读数据：比如编码器值、ADC采样值。
2. 算结果：比如PID输出、状态更新。
3. 写标志：告诉主循环“数据准备好了”。

给你看个实际例子：

volatile uint8_t pid_ready_flag = 0;
volatile int16_t encoder_count = 0;
volatile int16_t target_speed = 1000;

void TIM3_IRQHandler(void)
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);

        // 1. 读编码器
        encoder_count = ReadEncoder();

        // 2. 简单PID计算（位置式）
        static int16_t last_error = 0;
        int16_t error = target_speed - encoder_count;
        int16_t output = KP * error + KD * (error - last_error);
        last_error = error;

        // 3. 设置PWM占空比
        SetMotorPWM(output);

        // 4. 置标志位（可选）
        pid_ready_flag = 1;
    }
}

4.4 避坑指南

嗯，这里还要提一句：如果你用FreeRTOS这类系统，中断里别调用系统API。比如 vTaskDelay()，那玩意儿只能在任务里用。中断里发个信号量或者消息队列就够了。

4.5 知识体系总览

下面这张图，是我自己总结的定时器中断知识结构。你看一眼，心里就有数了。

说白了，定时器中断就是运动控制的“心跳”。心跳稳了，电机才能跑得稳。我这些年做过的项目，从简单的步进电机到多轴伺服，底层全靠这个机制撑着。

你先把上面代码跑通，感受一下1ms中断的节奏。然后试着改改频率，看看电机响应有什么变化。实践出真知嘛。

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