4、定时器中断：SysTick定时器、通用定时器、PWM生成中的中断应用

定时器中断，是运动控制里最常用的手段之一。说白了，就是让硬件定时器在设定的时间点，自动触发一个中断，CPU 停下来当前任务，去执行你写好的中断服务函数。

我刚开始做运动控制那会儿，总觉得用软件延时也能凑合。后来有一次调试一个步进电机加减速曲线，软件延时导致脉冲抖动得厉害，电机跑起来嗡嗡响。嗯，从那以后，我再也不敢用纯软件做定时了。

4.1 SysTick定时器：系统心跳的妙用

SysTick 是 Cortex-M 内核自带的 24 位递减计数器。它最大的好处是——所有 ARM Cortex-M 芯片都有，代码移植性极好。

我个人习惯把 SysTick 配置成 1ms 中断一次，作为系统的“心跳”。运动控制里，很多周期性任务都可以挂在这个心跳上：比如读取编码器、更新速度环、检测限位开关。

配置代码很简单，我贴一个标准写法：

// 配置 SysTick 为 1ms 中断
// 假设系统时钟为 72MHz
void SysTick_Init(void)
{
    // SysTick 时钟 = HCLK / 8 = 9MHz
    // 1ms 中断：9000000 / 1000 = 9000
    SysTick->LOAD = 9000 - 1;
    SysTick->VAL = 0;
    SysTick->CTRL = 0x07;  // 使能、中断使能、使用内核时钟
}

// 中断服务函数
void SysTick_Handler(void)
{
    // 每 1ms 执行一次
    // 可以放：编码器采样、速度计算、看门狗喂狗
    static uint32_t tick = 0;
    tick++;
    
    // 比如每 10ms 更新一次速度环
    if (tick % 10 == 0) {
        SpeedLoop_Update();
    }
}

4.2 通用定时器：灵活的中断源

通用定时器比 SysTick 灵活得多。你可以配置成向上计数、向下计数、中央对齐模式。每个定时器还有独立的预分频器和自动重装载寄存器。

运动控制里，我常用通用定时器做两件事：

• 周期性中断： 比如 100μs 触发一次电流环更新
• 输入捕获： 测量编码器脉冲频率，计算转速

举个例子，配置 TIM2 产生 100μs 中断：

// 配置 TIM2，100μs 中断一次
// 时钟 72MHz，预分频 72-1，计数 100-1
void TIM2_Init(void)
{
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN;
    
    TIM2->PSC = 72 - 1;      // 72MHz / 72 = 1MHz
    TIM2->ARR = 100 - 1;     // 1MHz / 100 = 10kHz = 100μs
    TIM2->DIER |= TIM_DIER_UIE;  // 使能更新中断
    TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN;    // 启动定时器
    
    NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);
    NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 1);  // 优先级高于 SysTick
}

void TIM2_IRQHandler(void)
{
    if (TIM2->SR & TIM_SR_UIF) {
        TIM2->SR = ~TIM_SR_UIF;  // 清除标志
        
        // 这里放电流环或位置环的快速计算
        CurrentLoop_Update();
    }
}

4.3 PWM生成中的中断应用

PWM 生成是运动控制的核心。步进电机需要 PWM 控制速度，直流电机需要 PWM 控制占空比，伺服电机需要 PWM 加方向信号。

PWM 中断通常有两种：

• 更新中断（溢出中断）： 每个 PWM 周期触发一次，适合做周期性的速度调整
• 比较中断（匹配中断）： 在 PWM 波形的特定相位触发，适合做精确的时序控制

我画了一张图，帮你理解 PWM 中断的触发时机：

你看这张图，三角波代表定时器的计数值。当计数值到达 ARR（自动重装载值）时，触发更新中断。当计数值等于 CCR（捕获比较寄存器）时，触发比较中断。

实际项目中，我常用比较中断来做步进电机的细分控制。比如：

// 步进电机细分控制 - 使用比较中断
// 每个 PWM 周期内，改变比较值实现微步
void TIM_CC_IRQHandler(void)
{
    if (TIM->SR & TIM_SR_CC1IF) {
        TIM->SR = ~TIM_SR_CC1IF;
        
        // 更新下一个比较值，实现正弦波细分
        static uint16_t step = 0;
        step++;
        if (step >= MICRO_STEPS) step = 0;
        
        // 查表获取下一个比较值
        TIM->CCR1 = sin_lookup[step];
        
        // 同时更新方向引脚（如果需要）
        if (step == 0) {
            DIR_PIN = !DIR_PIN;  // 换向
        }
    }
}

4.4 中断优先级：谁先谁后？

运动控制系统里，中断优先级分配是个大学问。我一般遵循这个原则：

中断类型	优先级	说明
PWM 比较中断	最高（0）	需要精确控制 PWM 波形，延迟不能超过 1μs
编码器捕获中断	高（1）	丢失脉冲会导致位置误差累积
通用定时器中断	中（2）	电流环、速度环更新，允许少量抖动
SysTick 中断	低（3）	系统心跳，可以容忍偶尔延迟
串口、SPI 等	最低（4）	通信任务，可以等待

嗯，定时器中断这块内容不少。你想想看，从 SysTick 的系统心跳，到通用定时器的灵活配置，再到 PWM 中断的精确控制，每一步都有讲究。实际调试时，多用逻辑分析仪看看中断响应时间，心里就有底了。

记住一句话：中断是运动控制的灵魂，用好中断，你的电机才能听话。

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