1. 为什么第八章值得单独拎出来讲
搞STM32F103的人，前面几章大概率已经把GPIO、时钟树、中断向量表这些啃得差不多了。到了第八章，很多人会突然卡住——因为这一章开始碰的是定时器。不是那种“配个延时”的简单活儿，而是从基本定时器到通用定时器、高级定时器，从计数模式到PWM输出、输入捕获、编码器接口，一整套东西全砸过来。
我见过太多人学到这一章就开始抄代码，能跑就行，问他为什么这么配，答不上来。结果换个需求，比如要输出一个占空比可调、频率可变的PWM，或者要测一个外部脉冲的宽度，立马抓瞎。所以第八章我打算用“白话”的方式，把寄存器层面的逻辑掰开揉碎讲清楚。你不需要死记硬背每个位的定义，但得明白为什么这个位要这么设，以及不这么设会出什么问题。
这一章的核心就一句话：STM32F103的定时器本质上是一个带预分频器的计数器，所有花里胡哨的功能都是围绕这个计数器衍生出来的。你把这句话吃透了，后面什么PWM、输入捕获、输出比较，全都是同一个底层逻辑的不同用法。适合谁看？适合已经能点灯、能配中断，但一看到TIMx_CR1、TIMx_CCMR1这些寄存器就头大的嵌入式初学者，也适合工作几年但一直用库函数、想回头补寄存器底子的人。
2. 定时器的整体架构与核心思路拆解
2.1 三个定时器家族的分工逻辑
STM32F103的定时器不是一种，而是分了三档：基本定时器（TIM6/TIM7）、通用定时器（TIM2~TIM5）、高级定时器（TIM1/TIM8）。很多人一开始不理解为什么要分这么细，其实从寄存器角度看，就是功能模块的堆叠。
基本定时器最简单，只有一个16位计数器、一个预分频器、一个自动重装载寄存器，主要用来做时基，比如给DAC触发或者做简单的定时中断。它没有外部引脚，不能输出PWM，也不能捕获外部信号。你可以把它理解成一个“纯内部计时器”。
通用定时器在基本定时器的基础上，加了四个独立通道，每个通道可以配置成输出比较、PWM输出、输入捕获、输出比较单脉冲模式。还多了编码器接口、霍尔传感器接口。TIM2~TIM5都是这一类，其中TIM2和TIM5是32位计数器，TIM3和TIM4是16位。注意，32位和16位在寄存器操作上有个坑：32位的TIM2/TIM5在读写CNT寄存器时，需要分两次读或者用特定顺序，否则可能读到不一致的值。这个后面会细说。
高级定时器TIM1和TIM8在通用定时器基础上，又加了互补输出、死区插入、刹车输入、重复计数器。这些功能是给电机控制、数字电源这类场景准备的。比如你驱动一个三相无刷电机，需要三对互补PWM，还要防止上下桥臂直通，死区时间就是干这个的。重复计数器RCR则允许你设置每N个计数周期才产生一次更新事件，这在做高频PWM时能减轻CPU中断负担。
从寄存器映射上看，基本定时器只有CR1、CR2、DIER、SR、EGR、CNT、PSC、ARR这几个。通用定时器在此基础上多了CCMR1/2、CCER、CCR1~4、SMCR。高级定时器再多BDTR、RCR、CCR5/6（用于互补通道的额外比较）。所以你学的时候，先把基本定时器的寄存器吃透，后面每加一个功能，就是多操作几个寄存器而已。
2.2 预分频器与自动重装载的配合逻辑
这是第八章最核心的一个计算，也是很多人配错的地方。STM32F103的定时器时钟源通常来自APB1或APB2。注意一个细节：当APB预分频系数为1时，定时器时钟等于APB时钟；当APB预分频系数大于1时，定时器时钟等于APB时钟的2倍。这个规则在参考手册的时钟树章节有写，但很多人忽略。
假设系统时钟72MHz，APB1预分频系数为2，那么APB1时钟是36MHz，但TIM2~TIM7的时钟是72MHz。APB2预分频系数为1，那么TIM1和TIM8的时钟就是72MHz。这个点如果不搞清楚，你算出来的定时时间会差一倍。
定时器的计数频率公式是：
计数频率 = 定时器时钟 / (PSC + 1)
其中PSC是预分频寄存器的值，实际分频系数是PSC+1。比如PSC=71，那么分频系数是72，72MHz/72=1MHz，也就是计数器每1微秒加一。
然后定时周期公式是：
定时周期 = (ARR + 1) / 计数频率
ARR是自动重装载寄存器的值。比如ARR=999，计数频率1MHz，那么定时周期就是1000微秒，也就是1毫秒。这里注意，ARR+1是因为计数器从0计到ARR，一共ARR+1个计数。
所以完整的定时时间公式是：
定时时间 = (ARR + 1) * (PSC + 1) / 定时器时钟频率
这个公式你最好记在脑子里，因为后面配PWM频率、输入捕获超时，全都要用。我见过有人把PSC和ARR搞反，结果定时时间差了十万八千里。还有个坑：PSC和ARR寄存器都有影子寄存器，你写入的值不会立即生效，而是在下一个更新事件时才被加载到实际寄存器。如果你在运行中修改PSC或ARR，需要手动产生一个更新事件（置位EGR的UG位）才能立即生效。这个在动态调频调占空比时特别重要。
2.3 计数模式的选择与适用场景
STM32F103的通用定时器支持三种计数模式：向上计数、向下计数、中央对齐（向上/向下交替）。基本定时器只支持向上计数。
向上计数是最常用的，计数器从0加到ARR，溢出后回到0，产生更新事件。向下计数是从ARR减到0，下溢后回到ARR，产生更新事件。中央对齐模式则是先向上到ARR-1，再向下到0，如此反复。中央对齐模式主要用于电机控制中的PWM生成，因为它的输出波形是对称的，能减少谐波。
在寄存器层面，计数模式由CR1的CMS位和DIR位控制。CMS[1:0]选择中央对齐模式，DIR选择向上或向下。注意，在中央对齐模式下，DIR位是只读的，由硬件自动切换。如果你试图写DIR，会被忽略。
这里有个实操心得：如果你只是做普通的定时中断，用向上计数就够了，别没事儿选中央对齐，因为中央对齐的更新事件频率是向上计数的两倍，中断里处理的东西会翻倍。我早期做的一个项目，用中央对齐模式做1ms定时，结果中断频率变成2kHz，CPU负载直接上去了，后来改成向上计数才降下来。
3. 核心寄存器逐位拆解与实操要点
3.1 CR1控制寄存器的关键位
CR1是定时器最核心的控制寄存器，位定义如下（只挑最关键的几个）：
- CEN（位0）：计数器使能。置1开始计数，清0停止。这个位在初始化时最后置1，避免配置过程中计数器乱跑。
- UDIS（位1）：更新禁止。置1时禁止更新事件产生，但影子寄存器仍然会被加载。这个位用得少，一般保持0。
- URS（位2）：更新请求源。置1时只有计数器溢出/下溢才产生更新中断，而软件置位UG不产生中断。这个在需要手动更新影子寄存器但不想触发中断时很有用。
- OPM（位3）：单脉冲模式。置1时，计数器在下一个更新事件后自动停止。做单次延时很方便。
- DIR（位4）：计数方向。0向上，1向下。中央对齐模式下只读。
- CMS（位6:5）：中央对齐模式选择。00边沿对齐，01/10/11分别对应不同的中央对齐模式。
- ARPE（位7）：自动重装载预装载使能。置1时ARR有影子寄存器，更新事件时才加载；置0时ARR写入立即生效。这个位很关键，做PWM动态调频时，如果ARPE=0，你改ARR会立即影响当前周期，可能导致波形畸变；如果ARPE=1，则在下个周期生效，波形平滑。
- CKD（位9:8）：时钟分频。用于给输入捕获做数字滤波，一般设00。
实操中，我通常这样配：CR1 = 0x0000，然后根据需要置CEN、ARPE、CMS。注意，不要一上来就置CEN，先把PSC、ARR、CCMR、CCER都配好，最后再置CEN。
3.2 CCMR1/CCMR2通道模式寄存器
这两个寄存器控制四个通道的模式，每个通道占8位。以CCMR1为例，低8位控制通道1，高8位控制通道2。关键位：
- CCxS（位1:0）：通道方向。00输出，01输入（IC1映射到TI1），10输入（IC1映射到TI2），11输入（IC1映射到TRC）。做PWM输出时设00。
- OCxM（位6:4）：输出比较模式。110是PWM模式1，111是PWM模式2。PWM模式1是计数器小于CCR时输出有效电平，模式2相反。
- OCxPE（位3）：输出比较预装载使能。置1时CCR有影子寄存器，更新事件时加载。做PWM时建议置1，避免改占空比时出现毛刺。
- OCxFE（位2）：输出比较快速使能。一般不用。
这里有个坑：CCMR1的位定义在输出模式和输入模式下是不同的。比如位3在输出模式下是OCxPE，在输入模式下是ICxPSC。所以配置前一定要先确定通道方向，再按对应模式写位。我见过有人把输入捕获配成输出模式，结果死活捕获不到，查了半天才发现CCxS没设对。
3.3 CCER捕获/比较使能寄存器
CCER控制每个通道的使能和极性：
- CCxE（位0/4/8/12）：通道使能。输出模式下必须置1才能输出到引脚。
- CCxP（位1/5/9/13）：极性。0高电平有效，1低电平有效。做PWM时，如果你希望占空比表示高电平时间，就设0；如果驱动的是低电平有效的LED，就设1。
- CCxNE（位2/6/10/14）：互补输出使能。只有高级定时器有。
- CCxNP（位3/7/11/15）：互补输出极性。
注意，CCxE和CCxNE不能同时为0，否则输出引脚会处于高阻态。高级定时器还要配BDTR的MOE位（主输出使能），否则即使CCxE置1，引脚也不输出。这个MOE位是高级定时器独有的坑，很多人配完TIM1的PWM发现没波形，就是忘了置MOE。
3.4 预分频器与自动重装载寄存器的写入顺序
PSC和ARR都是16位寄存器，但写入时要注意：先写PSC，再写ARR，最后产生更新事件。因为PSC的影子寄存器在更新事件时加载，如果你先写ARR再写PSC，而ARR又比较小，可能在PSC生效前就产生溢出，导致第一个周期时间不对。
标准流程是：
TIMx->PSC = psc_value; TIMx->ARR = arr_value; TIMx->EGR |= TIM_EGR_UG; // 产生更新事件，加载影子寄存器 TIMx->SR &= ~TIM_SR_UIF; // 清除更新标志，避免立即进中断注意最后一步清标志，因为置UG会同时置位UIF，如果你开了更新中断，会立刻进一次中断。这个在初始化时如果不处理，会导致第一次中断提前到来。
4. PWM输出与输入捕获的完整实操流程
4.1 输出可调频率和占空比的PWM
假设用TIM3的通道1（PA6）输出PWM，要求频率1kHz，占空比50%，系统时钟72MHz，APB1预分频系数为2（所以TIM3时钟72MHz）。
计算过程：
- 目标频率1kHz，周期1ms。
- 取计数频率1MHz，则PSC = 72MHz/1MHz - 1 = 71。
- 周期1ms，计数1000次，ARR = 1000 - 1 = 999。
- 占空比50%，CCR1 = (999+1) * 50% = 500。
配置步骤：
- 使能TIM3时钟：RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM3EN。
- 配置PA6为复用推挽输出：GPIOA->CRL，对应位设0xB（复用推挽，50MHz）。
- 配TIM3：
TIM3->PSC = 71; TIM3->ARR = 999; TIM3->CCR1 = 500; TIM3->CCMR1 = (6<<4) | (1<<3); // PWM模式1，预装载使能 TIM3->CCER = (1<<0); // 通道1使能，高电平有效 TIM3->CR1 = (1<<7) | (1<<0); // ARPE使能，CEN使能 TIM3->EGR = (1<<0); // 产生更新事件 TIM3->SR &= ~(1<<0); // 清更新标志
实测下来，PA6会输出1kHz、50%占空比的方波。如果你想动态改占空比，直接写TIM3->CCR1即可，因为OCxPE=1，新值会在下个更新事件生效，波形不会畸变。如果想动态改频率，改ARR和PSC，但注意PSC改完也要产生更新事件才生效。
注意：改ARR时如果ARPE=0，会立即生效，可能导致当前周期被截断。所以做动态调频时，ARPE一定要置1。
4.2 输入捕获测脉冲宽度
用TIM4的通道1（PB6）捕获一个外部脉冲的高电平宽度。思路是：上升沿捕获时记录CNT到CCR1，同时把捕获极性改为下降沿；下降沿捕获时再记录CNT，两次差值就是高电平时间。
配置步骤：
- 使能TIM4时钟，配置PB6为浮空输入或上拉输入。
- 配TIM4：
TIM4->PSC = 71; // 计数频率1MHz，每微秒加一 TIM4->ARR = 0xFFFF; // 最大计数 TIM4->CCMR1 = (1<<0); // 通道1输入，IC1映射到TI1 TIM4->CCER = (1<<0); // 通道1使能，上升沿捕获 TIM4->DIER = (1<<1); // 使能通道1捕获中断 TIM4->CR1 = (1<<0); // 使能计数器 - 中断服务函数里：
if (TIM4->SR & (1<<1)) { if (捕获的是上升沿) { rise = TIM4->CCR1; TIM4->CCER |= (1<<1); // 改为下降沿捕获 } else { fall = TIM4->CCR1; width = fall - rise; // 单位微秒 TIM4->CCER &= ~(1<<1); // 改回上升沿 } TIM4->SR &= ~(1<<1); }
这里有个坑：如果脉冲宽度超过ARR，计数器会溢出，差值计算就错了。解决办法是开溢出中断，在溢出中断里加一个溢出计数，最终宽度 = 溢出次数 * (ARR+1) + fall - rise。或者把PSC调大，让计数频率降低，但精度会下降。我一般根据预估的最大脉宽来设PSC，留20%余量。
4.3 高级定时器的互补PWM与死区
用TIM1的通道1和互补通道1（PA8和PB13）输出一对互补PWM，频率10kHz，死区1微秒。
计算：
- 10kHz周期100微秒，取计数频率1MHz，PSC=71，ARR=99。
- 死区1微秒，死区时间 = DTG[7:0] * Tdtg，其中Tdtg = 1/72MHz ≈ 13.89ns。1us / 13.89ns ≈ 72。查表，DTG=0x48左右可以产生约1us死区（具体查参考手册的死区时间表）。
配置：
TIM1->PSC = 71; TIM1->ARR = 99; TIM1->CCR1 = 50; // 50%占空比 TIM1->CCMR1 = (6<<4) | (1<<3); TIM1->CCER = (1<<0) | (1<<2); // CC1E和CC1NE都使能 TIM1->BDTR = (0x48<<0) | (1<<15); // 死区时间，MOE使能 TIM1->CR1 = (1<<7) | (1<<0); TIM1->EGR = (1<<0); TIM1->SR &= ~(1<<0);注意BDTR的MOE位（位15）必须置1，否则输出无效。这个位在刹车事件后会被硬件清零，所以如果用了刹车功能，刹车解除后要重新置MOE。
5. 常见问题与排查技巧实录
5.1 定时器不计数或计数不对
最常见的原因有三个：时钟没使能、CEN没置1、PSC/ARR算错。排查时先读RCC的使能寄存器确认时钟开了，再读CR1的CEN位，最后用调试器看CNT是否在变。如果CNT在变但周期不对，检查PSC和ARR的值，注意APB预分频系数对定时器时钟的影响。
还有一个隐蔽的坑：如果你在调试模式下暂停了CPU，定时器可能还在计数。STM32的DBGMCU模块可以配置调试时冻结定时器，在DBGMCU_APB1FZ或DBGMCU_APB2FZ里置对应位即可。我早期调试PWM时，一暂停就看到波形乱跳，后来才知道要冻结。
5.2 PWM输出没有波形或波形异常
先查GPIO配置，必须是复用推挽输出，不能是普通推挽。再查CCER的CCxE位，高级定时器还要查BDTR的MOE位。如果波形频率不对，查PSC和ARR。如果占空比不对，查CCR和OCxM模式。如果波形有毛刺，查ARPE和OCxPE是否使能。
有个特殊情况：当CCR=0时，PWM模式1输出一直是低电平；当CCR>ARR时，输出一直是高电平。这是正常行为，不是bug。如果你想要0%和100%占空比，直接设CCR=0或CCR=ARR+1即可。
5.3 输入捕获捕获不到或捕获值不对
先确认GPIO是输入模式，且外部信号确实有跳变。再查CCMR1的CCxS位是否设成了输入。然后查CCER的CCxE和CCxP，极性设反了会捕获到相反的边沿。如果捕获值偶尔不对，可能是信号抖动，可以在CCMR1里设ICxPSC做数字滤波，或者在硬件上加RC滤波。
还有一个坑：输入捕获和输出比较共用CCR寄存器，如果你同时用同一个通道做输入和输出，会冲突。所以规划功能时，一个通道只做一件事。
5.4 更新中断进得太频繁或太少
更新中断频率 = 计数频率 / (ARR+1)。如果进得太频繁，增大PSC或ARR。如果太少，减小。注意中央对齐模式的更新频率是边沿对齐的两倍。另外，如果开了URS位，软件置UG不会触发中断，但硬件溢出会。这个在需要手动更新影子寄存器时很有用。
5.5 高级定时器刹车功能误触发
刹车输入引脚如果悬空，可能被噪声触发，导致MOE被清零，输出关闭。解决办法是在BDTR里配置刹车极性，或者使能刹车输入滤波，或者干脆不用刹车时把刹车引脚配置成普通GPIO。我有个项目就是刹车引脚没处理，电机一转就停，查了两天才发现是刹车误触发。
6. 寄存器操作中的几个实战心得
第一个心得：初始化时先写PSC和ARR，再写CCMR和CCER，最后写CR1和EGR。这个顺序能避免计数器在配置过程中乱跑。我见过有人先置CEN再配PSC，结果第一个周期完全不对。
第二个心得：动态改PWM参数时，利用影子寄存器。ARPE=1和OCxPE=1时，你写ARR和CCR不会立即生效，而是在下个更新事件生效。这样波形是连续的，不会出现半个周期。如果你需要立即生效，就置UG位，但要注意会触发更新中断。
第三个心得：32位定时器TIM2/TIM5读CNT要小心。因为32位寄存器在16位总线上要分两次读，如果两次读之间发生了进位，读出来的值就错了。正确做法是先读高16位，再读低16位，再读一次高16位，如果两次高16位相同，则值有效。或者用DMA读取。这个坑在高速计数时特别明显。
第四个心得：定时器中断里尽量少做事。定时器中断频率可能很高，如果里面做浮点运算或者复杂逻辑，CPU负载会很大。我一般只在中断里置标志位，主循环里处理。如果非要在中断里处理，用DMA或者硬件自动操作，比如用DMA把CCR值批量更新，实现任意波形输出。
第五个心得：调试时善用DBGMCU冻结定时器。在调试器里暂停CPU时，如果不冻结定时器，CNT会继续跑，你看到的寄存器值和你暂停时的实际值不一致。在DBGMCU_APB1FZ里置对应位，就能在调试时冻结TIM2~TIM7，APB2FZ里冻结TIM1和TIM8。
7. 从寄存器到实际项目的映射思路
学完第八章，你手里就有了一个非常灵活的定时器工具。实际项目中，我通常这样用：
- 做系统时基：用TIM6或TIM7做1ms中断，给任务调度器提供心跳。基本定时器没有引脚，不占用GPIO，最合适。
- 做PWM调光：用TIM3或TIM4的通道输出PWM，驱动LED或者电机。频率选1kHz~20kHz，看负载特性。
- 做脉冲测量：用TIM2或TIM5的输入捕获，测超声波回波、红外遥控信号。32位计数器不用担心中间溢出。
- 做电机控制：用TIM1或TIM8的高级定时器，输出三对互补PWM，配死区和刹车。这是高级定时器的主场。
- 做编码器接口：用TIM2~TIM5的编码器模式，直接读正交编码器的计数，不用外部中断。这个功能在寄存器层面就是配SMCR的SMS位为001或010，然后读CNT即可。
最后再分享一个小技巧：如果你需要多个定时器同步，可以用一个定时器做主，输出TRGO信号，另一个定时器配成从模式，用ITR0~ITR3接收。这样两个定时器的计数器是同步的，做多路PWM相位控制时特别有用。具体配SMCR的TS位和SMS位，主定时器配CR2的MMS位。这个在第八章的末尾有提到，但很多人没注意，实际用起来能省不少事。
