定时器怎样做到“到点办事”？｜单片机动画课 10

第 04 课里，主循环用 millis() 看时间；第 09 课里，事件可以通过中断通知 CPU。现在把它们连接起来：如果有一块专门数节拍的硬件，到点后发通知，会发生什么？

这就是理解硬件定时器的入口。它数的是时钟带来的节拍，不是 CPU 执行了多少次循环。

本文先用通用计数示意，再用 STM32 常见的向上计数模式讲计算。GIF 非仿真、非实测；输入频率和寄存器数值为教学设定，不是某块 Blue Pill 的实测时钟配置。

时钟：稳定重复的节拍

可以把时钟想成不断重复的节拍源。定时器选择一个时钟来源，按规定的边沿更新计数。只要相关时钟和计数器还在运行，它通常不需要 CPU 每次亲自执行“加一”。

有时输入节拍太快，直接计数很快就满了，于是先经过预分频器。图中每四个输入节拍，才让后面的计数增加一次，相当于把计数频率降到输入的四分之一。

四分频是这张示意图的设定，不是在说所有定时器只能除以四。芯片对分频范围、时钟来源、低功耗模式下是否继续运行，都有自己的规则。

数到上限，发生一次事件

再看第二张：计数器从 0、1、2，一直数到 7；下一个计数节拍到来时回到 0，并产生一次更新事件。

为什么不是七拍？因为 0 到 7 一共有八个计数状态。这个“起点也占一个位置”的细节，是定时器计算里常见的差一错误。

更新事件可以用于触发中断或其他硬件动作，但具体要看是否启用了相应功能。硬件产生事件，不等于 CPU 已经完成了你想做的事情。 中断入口仍有响应延迟，主循环领取标志又可能更晚。

第 05 课的 PWM 也能和计数器联系起来：比较计数值与某个门限，就可以安排输出何时翻转。不过 PWM 有不同计数模式，本课的简单溢出公式不能不加条件地套到所有波形上。

一秒钟是怎样算出来的？

以 STM32 常见的向上计数、自动重装模式为例，暂不考虑重复计数器等额外机制。设定时器输入时钟为 f，预分频寄存器为 PSC，自动重装寄存器为 ARR。

计数节拍频率为 f/(PSC+1)；每经过 ARR+1 个计数节拍，完成一轮更新。因此更新周期为：

T = (PSC + 1) × (ARR + 1) / f

在动画假设中，输入是 1MHz，PSC=999，得到 1kHz 的计数节拍，也就是每拍 1ms。再设 ARR=999，一轮是 1000 拍，得到 1 秒更新周期。

这不是让你把某块板的默认 CPU 主频直接代入。CPU 时钟、总线时钟和定时器输入时钟可能存在分频、倍频等关系；应先从芯片时钟树确认实际输入。

Arduino 的 STM32 HardwareTimer 库还会用参数格式帮助换算。比如库函数要求的分频“倍数”，不一定等于你直接写入 PSC 寄存器的数值。使用高层 API 时要先看它的参数定义。

一个常见误区

“硬件定时器到了点，回调函数就会毫无误差地立即执行。”硬件计数时刻、发出中断请求、CPU 开始执行 ISR、应用任务完成，是不同的时刻。

时钟自身也有误差。用一个并不精确的节拍源数得再认真，长期时间仍可能偏移。硬件定时改善了调度方式，并没有消除所有时间误差。

多个功能还可能共享一个定时器资源。改它的频率，可能同时影响 PWM 或其他库，因此不能看见一个可用 API 就认为资源互不相关。

看完再猜

在输入时钟和 ARR 不变时，把分频倍数从 1000 改成 2000，更新周期会怎样？

变为原来的两倍，因为计数节拍慢了一半。下一课我们观察另一种“停下来”：不是暂停程序，而是直接断电。程序和刚才保存的变量，会一起消失吗？

资料：STM32duino HardwareTimer、Espressif Timer API、Arduino AVR 计时实现。

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