平台：STM32F103ZET6 @ 72MHz · LED=PB5（低电平点亮）· 工程名 tim_led 三个阶段是同一条思路的递进：每一步都把上一课软件干的活移交给硬件
阶段一：时基——1ms 定时，LED 1Hz 闪烁（软件计数版）
思路
先解决"HAL_Delay 会阻塞 CPU"的问题：让定时器硬件自己数数，数满 1ms 敲一次门（中断），CPU 平时自由，只在被敲门时干一小点活。LED 要 1Hz 闪（亮 500ms 灭 500ms），但定时器只会每 1ms 响一次铃——"500ms"这个大时间尺度由软件在回调里数数实现：攒 500 个 1ms 就翻转一次引脚。
CubeMX 配置
| 项 | 值 | 算法 |
|---|---|---|
| TIM2 Clock Source | Internal Clock | 用内部 72MHz |
| Prescaler (PSC) | 71 | 72M ÷ (71+1) = 1MHz，每格 1µs |
| Counter Period (ARR) | 999 | 1000 格 × 1µs = 1ms 溢出一次 |
| NVIC | TIM2 global interrupt 打勾 | 放行中断线 |
注意 +1 陷阱：PSC/ARR 都从 0 数起，所以 71 是"72 档"、999 是"1000 格"。TIM2 挂 APB1（名义 36M），但定时器走 ×2 后门实际吃 72MHz。
完整代码
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); // 拧发条：CEN=1 开始数数，UIE=1 数满允许敲门
/* USER CODE END 2 */
/* USER CODE BEGIN 4 */
// TIM2 每 1ms 进来一次（中断上下文：快进快出，只做加减和翻转）
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if (htim->Instance == TIM2) {
static uint16_t ms = 0; // static：跨中断保留进度
if (++ms >= 500) { // 攒满 500 个 1ms
ms = 0;
HAL_GPIO_TogglePin(led1_GPIO_Port, led1_Pin); // 翻转 → 1Hz 闪烁
}
}
}
/* USER CODE END 4 */
逐行讲解
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2)：CubeMX 的MX_TIM2_Init只负责"装填参数"（PSC、ARR 写进寄存器），此时计数器是静止的（CEN=0）。这一行干两件事：CEN=1（开始数）+ UIE=1（允许 Update 事件触发中断）。不调它，配置再对也是死表。if (htim->Instance == TIM2)：HAL_TIM_PeriodElapsedCallback是全局弱符号回调——将来你开 TIM3、TIM4，它们的 Update 事件也进这同一个函数。不判断是谁，就会串台。static uint16_t ms = 0：本阶段的灵魂。普通局部变量每次函数返回就消失，static让它活过函数返回——每次中断进来，ms 都是"上次的值"。没有 static，ms 永远从 0 数起，永远到不了 500，灯永远不闪。if (++ms >= 500)：前缀自增（先加再比）。500 个 1ms = 500ms。HAL_GPIO_TogglePin：翻转 PB5。亮 500ms、灭 500ms，1Hz。- 中断纪律：回调里只做加减和写引脚——中断上下文必须快进快出（拖久了下一次 1ms 到点就堆积）。
现象与本质
LED 1Hz 闪烁。本质：硬件管"1ms 这个小周期"，软件数"500 次这个大尺度"。缺点也明显：每秒 1000 次中断，只为数一个数。
阶段二：输出比较——双门槛定点亮灭（零计数版）
思路
阶段一里"500ms"靠软件数——能不能让硬件直接在 500ms 处响铃？输出比较（OC）就是给 CNT 再加一道门槛 CCR：CNT 数到 CCR 的瞬间，Compare 事件爆发。于是周期里有两道硬件门槛：
- Update 事件（CNT 溢出归零，t=0s）→ 点亮
- Compare 事件（CNT 数到 CCR1，t=0.5s）→ 熄灭
回调里一个计数器都不需要——两道门槛把时间点定死，软件只负责"听到铃声做动作"。这就是 PWM 的手工版。
CubeMX 配置
| 项 | 值 | 算法 |
|---|---|---|
| TIM2 Channel1 | Output Compare No Output | 只比较不占引脚（TIM2_CH1=PA0 是 WKUP 按键脚，不能碰） |
| Prescaler (PSC) | 7199 | 72M ÷ 7200 = 10kHz，每格 0.1ms |
| Counter Period (ARR) | 9999 | 10000 格 = 1s 周期 |
| Pulse（CCR1 的界面名） | 5000 | 第 5000 格 = 500ms 处响铃 |
为什么 PSC 从 71 改成 7199？ARR 是 16 位（最大 65535），1µs 粒度最多数 65.5ms——凑 1 秒周期必须先降频。这就是 (PSC, ARR) 的因式分解自由度：先定粒度，再凑周期。
完整代码
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); // 数数 + Update中断（周期起点事件）
HAL_TIM_OC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1); // 再开CH1比较中断（CCR门槛事件）
/* USER CODE END 2 */
/* USER CODE BEGIN 4 */
// Update事件：CNT溢出归零的瞬间 = 周期起点 → 点亮
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if (htim->Instance == TIM2)
HAL_GPIO_WritePin(led1_GPIO_Port, led1_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 低电平=亮
}
// Compare事件：CNT数到CCR1的瞬间 → 熄灭
void HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if (htim->Instance == TIM2 && htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1)
HAL_GPIO_WritePin(led1_GPIO_Port, led1_Pin, GPIO_PIN_SET); // 高电平=灭
}
/* USER CODE END 4 */
逐行讲解
- 两声令：
HAL_TIM_Base_Start_IT开 Update 中断许可（UIE=1）；HAL_TIM_OC_Start_IT开 CH1 的 Compare 中断许可（CC1IE=1）+ 通道使能。两个 Start 各管各的许可灯，缺一个就少一种铃声。 - 一个入口，两个回调：两种事件走同一个
TIM2_IRQHandler，HAL 在HAL_TIM_IRQHandler里查标志分家——UIF 走PeriodElapsedCallback，CC1IF 走OC_DelayElapsedCallback。 - OC 回调多判一个
htim->Channel：4 个通道共用一个 OC 回调，Channel告诉你是哪个通道在响（这里必须确认是 CH1）。 - 两个回调名字都是弱符号：名字一字不差才构成覆盖。笔误一个字母 = 函数成孤儿 = 编译零警告、现象纹丝不动（真实踩过：
HLA_TIM_PeriodElapsedClallback）。防御：从 HAL 源码抄、用 VSCode 补全敲、写完 grep 核对。 - 写引脚用 SET/RESET 而不是 Toggle：亮灭动作分别绑定在两道门槛上，语义清晰——这正是 PWM"起点置高、比较处置低"的雏形。
现象与本质
现象和阶段一一样是 1Hz 闪烁，但内核换了引擎：中断从 1000 次/秒降到 2 次/秒（CPU 占用差 500 倍），定时精度从"受中断延迟影响"变成"硬件门槛精准到格"。
阶段三：PWM——硬件方波 + 呼吸灯（最终版）
思路
两个硬件事实决定了方案：
- 硬件 PWM 的规则：通道配成 PWM 模式后，硬件自动执行"CNT < CCR → 引脚高，CNT ≥ CCR → 引脚低"——零中断零 CPU。用 TIM3_CH3（PB0）做硬件 PWM 演示（PA6/PA7 被板载 Flash 占用，选脚先查板载外设）。
- LED 在 PB5——不属于任何定时器通道，硬件 PWM 够不着它 → 呼吸灯必须软件 PWM。
软件 PWM 的架构是载波与包络分层：
- 载波层：阶段二的双门槛机器，把周期从 1s 缩到 10ms（100Hz）——这个频率不能慢，慢了眼睛看见闪烁
- 包络层：Update 回调每个载波周期推一下占空比 duty（±1，在 0↔100 折返），用
__HAL_TIM_SET_COMPARE动态写进 CCR1 - 眼睛+LED 是低通滤波器：100Hz 快速亮灭只留平均亮度，正比占空比 → duty 扫 0↔100，灯就呼吸
CubeMX 配置
| 项 | 值 | 算法 |
|---|---|---|
| TIM2 Prescaler | 7199（不变） | 每格 0.1ms |
| TIM2 Counter Period | 99 | 100 格 × 0.1ms = 10ms = 100Hz 载波 |
| TIM2 Pulse | 0 | 代码每周期重写，初值无所谓 |
| TIM3 Clock Source | Internal Clock | |
| TIM3 Channel3 | PWM Generation CH3 | 引脚自动分配 PB0 |
| TIM3 PSC / ARR / Pulse | 7199 / 9999 / 5000 | 1Hz、50% 占空比（人眼级慢动作，方便调试器采样验证） |
| TIM3 NVIC | 不勾 | 硬件 PWM 零中断——和 TIM2 软件版的本质区别 |
关键刻度对齐：duty 是 0~100 的百分数，直接写进 CCR1，所以 ARR 必须=99——在 ARR=99 的世界里 100/100=100%，在 ARR=9999 的世界里 100/10000 只有 1%（真实踩过：PSC/ARR 改反，呼吸在 1% 亮度里扫，肉眼等于没亮）。占空比是比值，duty 的尺子必须和 ARR 同刻度。
完整代码
/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t duty = 0; // 当前占空比 0~100（呼吸的"肺活量"）
int8_t dir = 1; // 呼吸方向：+1 渐亮，-1 渐暗
/* USER CODE END PV */
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); // TIM2：呼吸灯的软件PWM机器（阶段二原样）
HAL_TIM_OC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_3); // TIM3：PB0 硬件PWM，零中断
/* USER CODE END 2 */
/* USER CODE BEGIN 4 */
// Update事件 = 每个PWM周期(10ms)的起点：推进呼吸坡度，装填本周期占空比
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){
if(htim->Instance == TIM2){
duty += dir; // 坡度每周期 ±1
if(duty >= 100){ duty = 100; dir = -1; } // 亮到头，折返渐暗
if(duty <= 0) { duty = 0; dir = +1; } // 暗到头，折返渐亮
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, duty); // 门槛=本周期占空比
if(duty == 0)
HAL_GPIO_WritePin(led1_GPIO_Port,led1_Pin,GPIO_PIN_SET); // 0%：直接灭
else
HAL_GPIO_WritePin(led1_GPIO_Port,led1_Pin,GPIO_PIN_RESET); // >0%：先亮，等Compare来灭
}
}
// Compare事件 = CNT数到duty处：熄灭（与阶段二一字不差）
void HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){
if(htim->Instance == TIM2 && htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1){
HAL_GPIO_WritePin(led1_GPIO_Port,led1_Pin,GPIO_PIN_SET);
}
}
/* USER CODE END 4 */
逐行讲解
- PV 区两个变量：
duty是当前占空比（呼吸的"肺活量"），dir是方向（+1 渐亮 / −1 渐暗）。两个变量合起来就是一个微型呼吸状态机。 HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_3)：硬件 PWM 的启动只要一行，连 NVIC 都不用配——波形完全由硬件按"CNT<CCR3 输出高"的规则自己画，CPU 零参与。duty += dir+ 两个折返 if：三角波坡度。duty 到 100 掉头向下、到 0 掉头向上，0↔100 来回扫。呼吸节奏 = 200 步 × 10ms = 2 秒一个呼吸。__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, duty)：呼吸的全部秘密——CCR 不是死的，运行中随时可改。这个宏把新 duty 写进 CCR1，本周期后半段 Compare 事件就按新门槛触发。if (duty == 0)特判：duty=0 时 CCR1=0，Compare 事件和 Update 在 CNT=0 同一瞬间爆发，而 HAL 先处理 Compare 后处理 Update——不特判，0% 会变成常亮（阶段二调试时那个"常亮 bug"的缩小版）。所以 0% 时 Update 回调里直接写灭，不指望 Compare。else分支先亮：>0% 时周期起点先点亮，熄灭的活儿留给 Compare 事件在"数到 duty"处干——亮多久完全由 duty 说了算。- Compare 回调：与阶段二一字未改——这就是分层的红利，载波机器不用动，只换包络逻辑。
现象与本质
- PB5 呼吸灯：约 2 秒一个渐亮渐暗循环，亮度平滑变化
- PB0 硬件 PWM：1Hz、50% 方波（调试器实时采样引脚电平验证：6 次采样 0/1 完美交替，PSC/ARR/CCR 寄存器读数 7199/9999/5000 与计算一致）
三阶段演进总览
| 阶段一（时基） | 阶段二（输出比较） | 阶段三（PWM 呼吸灯） | |
|---|---|---|---|
| 事件源 | Update × 1 | Update + Compare | 同阶段二 + 动态改 CCR |
| 回调里干的事 | 数 500 个 ms | 直接写引脚，零计数 | 推坡度 + 写引脚 |
| 中断频率 | 1000 次/秒 | 2 次/秒 | 200 次/秒（载波）+ 0（硬件 PWM） |
| 定时精度 | 受中断延迟影响 | 硬件门槛，精准到格 | 同左，占空比运行中可调 |
| 本质 | 硬件数周期，软件数精细 | 硬件记两个时间点 | 载波/包络分层，CPU 只管节奏 |
一句话总结整个模块：定时器的学习史就是一部"移交史"——把"等"从 CPU 移交给硬件（阶段一），把"数"移交给门槛（阶段二），把"开关引脚"移交给比较器（阶段三的硬件 PWM）；CPU 最后只剩一件体面的活：决定呼吸的节奏。