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五、定时器实现呼吸灯

news 来源：原创 2025/5/15 16:23:17

5.1 定时器与计数器简介

定时器是一种通过对内部时钟脉冲计数来测量时间间隔的模块。它的核心是一个递增或递减的寄存器（计数器值）。如果系统时钟为 1 MHz，定时器每 1 μs 计数一次。

计数器是一种对外部事件（如脉冲信号）进行计数的模块，而不是基于固定时钟。外部引脚每收到一个脉冲（如按键按下或传感器触发），计数值加 1 或减 1。

LPC1100系列Cortex-M0微控制器有2个32位和2个16位可编程定时器/计数器，都有捕获和匹配输出的功能。

捕获：捕获功能用于记录外部信号变化时定时器的当前值，常用于测量信号的频率、脉宽或相位差。当外部信号（如引脚电平变化）触发捕获事件时，定时器的当前值会被自动保存到捕获寄存器。

匹配输出：定时器的一种功能，当定时器的计数值达到预设的匹配值（Match Value）时，自动触发特定动作（如翻转引脚电平、产生中断等）。用户预先设置一个匹配值，当定时器计数值等于该值时，硬件会自动执行操作，无需 CPU 干预。

5.2 定时器工作流程

对于定时器，先设置预分频计数器的计数上限，预分频计数器每计满一次定时器就加一，定时器达到匹配就可触发相应事件。

设置 PR （分频值）的值（如 PR = 99），PC 从 0 开始计数。每来一个输入时钟脉冲，PC 加 1。当 PC = PR 时，PC 清零，并输出一个脉冲给定时器的主计数器。每接收到一个来自预分频器的脉冲，定时器的主计数器TC加 1。

5.3 定时器/计数器寄存器

有四种定时器 TMR32B0、TMR32B1、TMR16B0， TMR16B1

功能类似，就计的总数32位、16位的区别

5.3.1 定时器中断寄存器 TMR32/16BnIR

包含4个匹配中断和一个捕获中断标志位，有中断相应位置位变成1，没中断变0，写1可以清零中断，写零无效。

位	对应名
0	MR0中断	中断标志
1	MR1中断
2	MR2中断
3	MR3中断
4	CAP0中断
31:5		保留

5.3.2 定时器控制寄存器 TMR32/16BnTCR

位	功能
0	1使能，0禁能
1	写1定时器/计数器和分频在PCLK下一个上升沿复位，复位状态直到该位重新写0才会改变
31：2	保留

5.3.3 定时器/计数器当前计数值 TMR32/16BnTC

预分频计数器计数到上限时，TC计数值加一，TC到上限没复位则32位会计数到0xFFFFFFFF然后翻转到0x00000000，没中断啥的一些情况，然后继续去计数了。

5.3.4 预分频寄存器 TMR32/16BnPR

指定预分频计数器的最大计数值

PR为0，每1个PCLK（48MHz时钟一个周期）TC计数加一

PR为1，每2个PCLKTC计数加一

5.3.5 预分频计数器 TMR32/16BnPC

对输入时钟脉冲进行计数的计数值，不用理会

5.3.6 匹配控制寄存器 TMR32/16BnMCR

位	功能（1 产生对应效果， 0 无该特性）
0	MR0匹配时产生中断
1	MR0匹配时复位TC
2	MR0匹配时TC和PC计数都停止 TCR[0]置0（定时器禁能了）
3	MR1匹配时产生中断
4	MR1匹配时复位TC
5	MR1匹配时TC和PC计数都停止 TCR[0]置0（定时器禁能了）
6	MR2匹配时产生中断
7	MR2匹配时复位TC
8	MR2匹配时TC和PC计数都停止 TCR[0]置0（定时器禁能了）
9	MR3匹配时产生中断
10	MR3匹配时复位TC
11	MR3匹配时TC和PC计数都停止 TCR[0]置0（定时器禁能了）
31：12	保留

5.3.7 匹配寄存器 TMR32/16BnMR0/1/2/3

自动与TC值相比较的，相等触发对应效果，不用理会

5.3.8 捕获寄存器 TMR32/16BnCCR

位	功能（1 产生对应效果， 0 无该特性）
0	CAP0上升沿捕获，使TC内容装入CR0
1	CAP0下降沿捕获，使TC内容装入CR0
2	CAP0事件导致的装载产生中断
31：3	保留

5.3.9 捕获寄存器 TMR32/16BnCR0

引脚发生特定事件时存储TC内容，只读

5.3.10 外部匹配寄存器 TMR32/16BnEMR

位	功能
0	EM0外部匹配0输出MAT0的状态即TC与MR0匹配时的输出
1	EM1外部匹配1输出MAT1的状态
2	EM2外部匹配0输出MAT2的状态
3	EM3外部匹配0输出MAT3的状态
5：4	EMC0 00 无操作 01 输出低电平0 10 输出高电平1 11 输出电平翻转
7：6	EMC1 以下同EMC0
9：8	EMC2
10：11	EMC3
15：12	保留

5.3.11 计数控制寄存器 TMR32/16BnCTCR

用于定时器与计数器模式之间的选择

位	值	描述
1：0	00	定时器模式：TC在PCLK上升沿计数
	01	计数器模式：TC在选择的CAP输入的上升沿递增
	10	计数器模式：TC在选择的CAP输入的下降沿递增
	11	计数器模式：TC在选择的CAP输入的双边沿递增
3：2	00	CAP0引脚
3：2	其他	保留（貌似条件有限没有其他CAP引脚，所以上边选择也是就选择CAP0）
31：4		保留

5.3.12 PWM控制寄存器 TMR32/16BnPWMC

用于将匹配的输出设置为PWM输出，

大致可整两个匹配，分别控制占空比和周期

一个匹配寄存器调占空比，出现匹配时，PWM输出置为高电平，匹配前是低电平

一个匹配作为PWM周期，匹配时复位，高电平清零

具体小细节见书P136页。

位	功能
0	1 MAT0的PWM模式使能 0 MAT0受EM0控制
1	1 MAT1的PWM模式使能 0 MAT1受EM1控制
2	1 MAT2的PWM模式使能 0 MAT2受EM2控制
3	1 MAT3的PWM模式使能 0 MAT3受EM3控制
32：4	保留

5.4 呼吸灯

目标：

（1）利用16位定时器1实现定时1s，控制LPC1114微控制器的GPIO引脚PIO1_9状态反转（可以用中断方式也可以用匹配输出功能），此时LED灯Blinky闪烁频率为0.5Hz；

（2）设置16位定时器1工作在PWM模式，PIO1_9设置为PWM输出引脚，利用另外一个定时器定时(例如32位定时器0，设置每隔0.01s，或者更小)增大或者减小16位定时器1输出PWM的占空比（占空比改变的步长与32位定时器0的定时时间相配合，确定呼吸频率），实现PIO1_9上的LED灯渐亮渐灭的呼吸灯效果。

思路：

主要是两部分内容，第一部分直接SysTick也能实现，但是使用定时器就是要熟悉一下定时器怎么用，第二部分就是定时器的PWM占空比不断升高降低，这个是使用两个定时器，一个定时器实现翻转，另一个定时器实现改变第一个定时器的占空比，按时间依次增加或者减小即可。

这两部分内容可以直接使用按键切换，相当于两种模式，即闪烁模式和PWM呼吸灯模式，将上章写的Button中断改一下就行了

Button.c

#include "Button.h"
#include "TIMER.h"
int flag1 = 0, flag2 = 0; // 判断botton 和 wakeup 按键上一次状态//延时ms函数 // 太粗糙了，而且要根据机器指令与时钟周期关系调整，也就防抖延时用一下
__inline void delay_ms(uint32_t a)    //约1ms延时函数 
{                           uint32_t i;while( a -- != 0){for(i = 0; i<5500; i++);}             
}void WAKEUP_Init(void)
{LPC_SYSCON -> SYSAHBCLKCTRL |= (1UL << 6) | (1UL << 16); // 使能GPIO时钟和IO时钟// PIO1_4LPC_IOCON->PIO1_4 &= ~(0x1F);  // 清除之前的配置LPC_IOCON->PIO1_4 |= 0x00;     // 配置为GPIO功能LPC_GPIO1->DIR &= ~(1UL << 4);// 设置GPIO方向为输入LPC_GPIO1->IS &= ~(0x1 << 4); // 清除第 4 位，设置为边沿触发LPC_GPIO1->IBE &= ~(0x1 << 4); // 清除第 4 位，设置为单边沿触发LPC_GPIO1->IEV &= ~(0x1 << 4); // 清除第 4 位，设置为低电平触发LPC_GPIO1 -> IE |= (0x1<<4); // 使能端口中断LPC_IOCON->PIO1_4 |= (1UL << 5);          // 使能滞后模式LPC_GPIO1->IC |= (1UL << 4); // 清除中断标志位NVIC_EnableIRQ(EINT1_IRQn); // 使能GPIO1中断
}void Button_Init(void)
{LPC_SYSCON -> SYSAHBCLKCTRL |= (1UL << 6) | (1UL << 16); // 使能GPIO时钟和IO时钟// PIO3_5LPC_IOCON->PIO3_5 &= ~(0x1F);   // 清除之前的配置LPC_IOCON->PIO3_5 |= 0x00;      // 配置为GPIO功能LPC_GPIO3->DIR &= ~(1UL << 5);// 设置GPIO方向为输入LPC_GPIO3->IS &= ~(0x1 << 5); // 清除第 5 位，设置为边沿触发LPC_GPIO3->IBE &= ~(0x1 << 5); // 清除第 5 位，设置为单边沿触发LPC_GPIO3->IEV &= ~(0x1 << 5); // 清除第 5 位，设置为低电平触发LPC_GPIO3 -> IE |= (0x1<<5); // 使能端口中断LPC_IOCON->PIO3_5 |= (1UL << 5);  // 使能滞后模式LPC_GPIO3->IC |= (1UL << 5); //清除中断标志NVIC_EnableIRQ(EINT3_IRQn);
}// GPIO3_5的中断服务函数，处理BUTTON按键按下事件
void PIOINT3_IRQHandler(void)
{if((LPC_GPIO3->MIS & (1UL << 5)) == (1UL << 5))// 检查是否是PIO3_5的中断{ delay_ms(20); // 消抖while((LPC_GPIO3->DATA & (1UL << 5)) == 0);delay_ms(20);LPC_TMR16B1->PWMC ^= 1; //PWM状态翻转if(LPC_TMR16B1->PWMC == 0x01) // 如果要进PWM 模式{NVIC_EnableIRQ(TIMER_32_0_IRQn);//使能32位定时器中断TMR16B1_PWM_Mode();  }else    // 如果要进闪烁灯模式{NVIC_DisableIRQ(TIMER_32_0_IRQn);//禁32位定时器中断TMR16B1_Blinky_Mode();}LPC_GPIO3->IC |= (1UL << 5);          // 清除中断标志}
}
// GPIO1_4的中断服务函数，处理WAKEUP按键按下事件
void PIOINT1_IRQHandler(void)
{if((LPC_GPIO1->MIS & (1UL << 4)) == (1UL << 4)) // 检查是否是PIO1_4的中断{delay_ms(20);while((LPC_GPIO1->DATA & (1UL << 4)) == 0);delay_ms(20);LPC_GPIO1->IC |= (1UL << 4);           // 清除中断标志}
}

TIMER.c

#include "TIMER.h"int flag = 1; // 递增递减标志 1递增 -1递减void TMR32B0_Init(void)//32位定时器0初始化  设置中断时间 MR0/SystemCoreClock *(PR + 1) = 0.01s
{LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1UL << 9);//使能32位定时器0的时钟LPC_TMR32B0->IR = 0x1F;//清除所有中断标志位LPC_TMR32B0->PR = 0;//设置分频系数LPC_TMR32B0->MCR = 3;//设置MR0匹配后复位TC并产生中断LPC_TMR32B0->MR0 = SystemCoreClock / 100 ; // 计数值LPC_TMR32B0->TCR = 0x01;//启动定时器NVIC_DisableIRQ(TIMER_32_0_IRQn);//开中断
}void TMR16B1_Init(void)
{LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1UL << 8) | (1UL << 16); // 16位定时器1时钟使能 | IO配置块时钟使能LPC_IOCON->PIO1_9 |= 0x01; // MAT0匹配IO1_9    
}void TMR16B1_PWM_Mode(void)// PWM呼吸灯模式 1s 占空比0 -> 1 or 1 -> 0
{LPC_TMR16B1->TCR = 0x02;//定时器复位LPC_TMR16B1->PR = 99; // 分频系数LPC_TMR16B1->PWMC = 0x01;//设置MAT0为PWM输出LPC_TMR16B1->MCR = 0x02 << 9; //设置MR3匹配后复位TC；LPC_TMR16B1->MR3 = SystemCoreClock / 10000; // PWM周期设置为0.01s，设置中断时间LPC_TMR16B1->MR0 = LPC_TMR16B1->MR3 / 100;//MAT0初始化输出亮度1%LPC_TMR16B1->TCR = 0x01; // 启动定时器
}// 匹配输出翻转
void TMR16B1_Blinky_Mode(void) // 闪烁灯模式 1s翻转一次
{    LPC_TMR16B1->TCR = 0x02;//定时器复位LPC_TMR16B1->PR = 999; // 分频系数；LPC_TMR16B1->MCR = 2; // 设置MR0匹配后复位TC不产生中断；LPC_TMR16B1->MR0 = SystemCoreClock / 1000; // 定时1sLPC_TMR16B1->PWMC = 0x00;//设置MAT0不为PWM输出LPC_TMR16B1->EMR |= (3UL << 4);// MAT0外部匹配翻转LPC_TMR16B1->TCR = 0x01; //定时器启动
}void TIMER32_0_IRQHandler(void)//32位定时器0中断子程序
{static int duty = 0;if(LPC_TMR32B0->IR & 0x01)//判断是否MR0中断{LPC_TMR32B0->IR = 0x01; // 清除第一中断标志位duty += 1 * flag; // 更新占空比if(duty >= 100) {flag = -flag; // 递减 渐灭duty = 100; // 防止越界}if(duty <= 0) {flag = -flag; // 递增 渐亮duty = 1; // 防止越界}LPC_TMR16B1->MR0 = (uint32_t)(LPC_TMR16B1->MR3 * duty /100); // 设置占空比}    
}

TIMER.h

#ifndef _TIMER_H_
#define _TIMER_H_#include <LPC11xx.h>void TMR32B0_Init(void);
void TMR16B1_Init(void);
void TMR16B1_PWM_Mode(void);
void TMR16B1_Blinky_Mode(void);#endif

main.c

#include <LPC11xx.h>
#include "LED.h"
#include "Button.h"
#include "TIMER.h"int main(void)
{Button_Init(); // Button初始化TMR16B1_Init(); //初始化16位B1定时器TMR32B0_Init(); // 初始化32位B0定时器TMR16B1_Blinky_Mode(); // 初始闪烁灯模式while (1){}
}

实验效果就是烧录后按下复位键，Blinky开始闪烁，按下Button是PWM，之后再按就会在两种模式之间切换。

五、定时器实现呼吸灯

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编程日记 2025/5/9 11:31:27

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编程日记 2025/5/15 13:48:17

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