4、定时器与PWM应用：SysTick系统滴答定时器、通用定时器中断、PWM输出控制电磁锁蜂鸣器、输入捕获测量刷卡时长

定时器，说白了就是单片机的“心跳”。没有它，很多时序相关的功能都玩不转。我刚开始做门禁系统时，觉得定时器不就是计个数嘛，有啥难的？结果真到项目里，才发现这里面的门道不少。今天咱们就把定时器这块彻底捋清楚。

4.1 SysTick系统滴答定时器：操作系统的“节拍器”

SysTick，也叫系统滴答定时器。它是 Cortex-M 内核自带的，24位向下计数。你想想看，它最大的好处是什么？——不占用通用定时器资源。

我个人习惯，只要跑 RTOS，SysTick 必开。它负责给操作系统提供时间基准。比如 FreeRTOS 里的 vTaskDelay()，底层就是靠 SysTick 来计时的。

// SysTick 配置示例（1ms 中断）
void SysTick_Init(void)
{
    // 72MHz / 8 = 9MHz, 9MHz / 9000 = 1KHz = 1ms
    if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 8 / 1000))  
    {
        // 配置失败，死循环
        while(1);
    }
}

// 中断服务函数
void SysTick_Handler(void)
{
    static uint32_t tick = 0;
    tick++;
    // 这里可以放系统心跳任务
    // 比如：按键扫描、LED闪烁计时等
}

4.2 通用定时器中断：精准定时的“瑞士军刀”

通用定时器比 SysTick 灵活得多。它有多种工作模式：向上计数、向下计数、中央对齐。我项目中用得最多的是向上计数模式。

为什么需要通用定时器？因为 SysTick 只有一个，而且精度有限。比如你要产生一个 10us 的中断，SysTick 就搞不定了。这时候就得请出通用定时器。

参数	SysTick	通用定时器
位数	24位	16位/32位
精度	ms级	us级甚至ns级
通道数	1个	4个（可配置PWM/捕获）
适用场景	系统心跳	PWM、输入捕获、精准延时

// 通用定时器中断配置（TIM3，1ms中断）
void TIM3_Init(void)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    
    // 使能时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
    
    // 72MHz / 72 = 1MHz, 1MHz / 1000 = 1KHz = 1ms
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;      // 预分频
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1;       // 自动重装载
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
    
    // 使能中断
    TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

void TIM3_IRQHandler(void)
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        // 用户代码：比如蜂鸣器状态翻转
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
    }
}

4.3 PWM输出：控制电磁锁与蜂鸣器

PWM，脉冲宽度调制。说白了就是通过调节占空比来控制输出功率。在门禁系统里，PWM 有两个典型应用：电磁锁的电压控制和蜂鸣器的音调控制。

电磁锁这玩意儿，你想想看，它需要持续供电才能保持吸合。但长时间满功率供电，线圈发热严重。我之前的项目就遇到过，锁体温度能到 70 度，差点把外壳烤变形。

解决方案？用 PWM 控制！上电瞬间给 100% 占空比，确保锁舌吸合。稳定后降到 50% 占空比，保持吸力同时大幅降低功耗和发热。

// PWM 输出配置（TIM2_CH1，PA0）
void PWM_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    
    // 使能时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    // 配置 PA0 为复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 定时器配置：72MHz / 72 = 1MHz, 周期 = 1000, PWM频率 = 1KHz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
    
    // PWM1 模式：CNT < CCR 时输出有效电平
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;  // 初始占空比 50%
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
    
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

// 设置占空比函数
void PWM_SetDuty(uint16_t duty)
{
    if (duty > 1000) duty = 1000;
    TIM_SetCompare1(TIM2, duty);
}

4.4 输入捕获：测量刷卡时长

输入捕获，这功能很有意思。它能精确测量外部信号的脉宽或周期。在门禁系统里，我用来测量刷卡时长。

为什么测刷卡时长？因为有些用户刷卡太快，读卡器还没反应过来就移开了。通过输入捕获，我们可以统计每次刷卡的有效时长，低于某个阈值就提示“请重新刷卡”。

工作原理很简单：定时器检测到上升沿时，把当前计数值存到捕获寄存器。检测到下降沿时，再存一次。两次的差值就是高电平脉宽。

// 输入捕获配置（TIM4_CH1，PB6）
void InputCapture_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    
    // 使能时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    
    // 配置 PB6 为浮空输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    // 定时器配置：72MHz / 72 = 1MHz, 每个计数 = 1us
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xFFFF;  // 最大周期
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);
    
    // 配置输入捕获通道1
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;  // 上升沿捕获
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0;
    TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);
    
    // 使能捕获中断
    TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_CC1, ENABLE);
    TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
}

// 中断服务函数
uint32_t capture_value = 0;
uint8_t capture_flag = 0;

void TIM4_IRQHandler(void)
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_CC1) != RESET)
    {
        capture_value = TIM_GetCapture1(TIM4);
        capture_flag = 1;
        TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC1);
    }
}

// 主循环中判断刷卡时长
void CheckCardSwipeDuration(void)
{
    if (capture_flag)
    {
        capture_flag = 0;
        // capture_value 单位是 us
        // 比如要求刷卡时长 > 50ms = 50000us
        if (capture_value < 50000)
        {
            // 刷卡太快，提示重新刷卡
            Buzzer_Beep(3);  // 蜂鸣器响3声提示
        }
        else
        {
            // 刷卡有效，执行开门逻辑
            Door_Unlock();
        }
    }
}

4.5 综合应用：定时器与PWM的协同工作

实际项目中，这些定时器功能往往是配合使用的。我给你说个典型场景：

1. SysTick 提供系统心跳，每 1ms 扫描一次按键状态
2. 通用定时器 产生 100Hz 中断，用于电磁锁的 PWM 占空比渐变控制（上电时从 0% 平滑升到 100%）
3. PWM 输出 直接驱动电磁锁和蜂鸣器
4. 输入捕获 监测刷卡信号，判断刷卡是否有效

你想想看，如果没有定时器，这些功能全得靠软件延时来实现。CPU 会被占得死死的，啥也干不了。有了定时器，CPU 就能腾出手来处理更复杂的逻辑，比如联网通信、数据加密等。

好了，定时器这块就聊到这儿。下一章咱们开始讲串口通信，这可是门禁系统和上位机沟通的桥梁，到时候见。