定时器与中断：从 1 秒心跳到五阶段状态机

2026-09-15 实测验证：洋桃 1 号开发板（STM32F103C8T6），TIM3 每 1 秒中断一次计秒，五阶段状态机驱动 LED 按阶段亮灭切换（整周期 30 秒），OLED 显示 STAGE: n。Keil MDK 5.25.3.0 编译 0 Error 0 Warning，STM32CubeProgrammer CLI 2.23.0 SWD 烧录通过。

#一、元信息

#二、TIM3 心跳：1 秒是怎么算出来的

本工程的心跳配置就一行：

cTIM3_Init(9999, 7199);   /* ARR = 9999，PSC = 7199 */

72MHz 主频下，定时器溢出时间用这个公式算：

txtTout = ((ARR + 1) × (PSC + 1)) / 72MHz
     = ((9999 + 1) × (7199 + 1)) / 72,000,000
     = 10,000 × 7,200 / 72,000,000
     = 72,000,000 / 72,000,000
     = 1 秒

• PSC（预分频）：把 72MHz 先分频 7200 倍，计数器每 0.1ms 加 1；
• ARR（自动重装载）：数到 9999（共 10000 个计数）就溢出并触发更新中断；
• 两个数一凑，正好 1 秒一次中断——这就是全板最准的"表"。

#三、中断驱动 vs 延时轮询

同样是"每秒干一件事"，两种写法的差距是结构性的：

delay_s() 最隐蔽的代价不是"慢"，而是阻塞：主循环卡在数数上，按键、通信、刷屏全部跟着停摆。中断驱动把"数时间"这个活彻底交给硬件。

#四、五阶段状态机实战

#4.1 设计规则

• TIM3 每 1 秒中断一次，中断里 g_tim_sec 计秒；
• 阶段内秒数 g_tim_sec < g_tim_stage 则 LED 亮，否则灭——每阶段前半段亮、后半段灭；
• 累计满 2×阶段号 秒切换阶段：1→2→3→4→5→1 循环；
• 阶段 1 亮 1s 灭 1s、阶段 2 亮 2s 灭 2s……阶段 5 亮 5s 灭 5s，整周期 2×(1+2+3+4+5) = 30 秒；
• OLED 显示 STAGE: n：在主循环里刷新、只在阶段变化时刷一次。

#4.2 核心代码

c/* 共享变量：中断写、主循环读，必须 volatile */
volatile u8 g_tim_stage = 1;   /* 当前阶段 1~5 */
volatile u8 g_tim_sec   = 0;   /* 本阶段已过秒数 */

/* TIM3 更新中断：每 1 秒进一次 */
void TIM3_IRQHandler(void)
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);

        /* 阶段内：前 g_tim_stage 秒亮灯，之后灭灯 */
        if (g_tim_sec < g_tim_stage)
        {
            GPIO_WriteBit(LEDPORT, LED1, (BitAction)1);
        }
        else
        {
            GPIO_WriteBit(LEDPORT, LED1, (BitAction)0);
        }
        g_tim_sec++;

        /* 满 2×阶段号 秒 → 切换阶段：1→2→3→4→5→1 循环 */
        if (g_tim_sec >= g_tim_stage * 2)
        {
            g_tim_sec = 0;
            g_tim_stage++;
            if (g_tim_stage > 5) g_tim_stage = 1;
        }
    }
}

#4.3 OLED 显示：STAGE: n

OLED 刷屏是毫秒级重活，放中断里会拖垮时序，所以放主循环，并且只在阶段变化时刷一次（函数名以工程 oled.c 为准）：

cu8 stage_show = 0;   /* 上一次刷上屏幕的阶段号 */

while (1)
{
    if (g_tim_stage != stage_show)        /* 阶段变了才刷 */
    {
        stage_show = g_tim_stage;
        OLED_ShowString(0, 2, "STAGE: ");
        OLED_ShowNum(56, 2, stage_show, 1, 16);
    }
    /* 主循环还可以干其他毫秒级重活，互不影响 */
}

#五、中断编程铁律

1. 中断里只做微秒级轻活：置/清引脚、加减变量、存一个字节，几十个时钟周期内出来；
2. 毫秒级重活一律放主循环：OLED 刷屏、串口收发、浮点运算，进了中断就是把全板时序押上去；
3. 中断与主循环用共享变量"传话"：变量必须加 volatile，防止编译器把主循环里的读取优化掉；
4. 多字节共享数据注意原子性：主循环先读到局部变量再用，避免读到"改了一半"的值。

本页状态机就是范本：中断只做"计秒 + 换灯 + 切阶段"（微秒级），"把阶段画上屏"这种重活留给主循环，两者靠 g_tim_stage 一句话沟通。

#六、工程教训专栏

#6.1 教训一：补丁"成功"了，行为没变

用 PowerShell 做多行字符串替换打补丁时，锚点因缩进差 4 个空格而静默跳过：命令不报错，编译照样"成功"，但目标代码根本没被替换，固件行为毫无变化。字符串替换找不到目标时是"零次匹配、零声不吭"，不是错误。

对策：补丁必须改完验证文件内容——替换之后把文件读回来，确认新代码真的在文件里，再编译烧录。

#6.2 教训二：在 hex 里搜字符串是假验证

想在固件里确认"我的新代码进去了"，去 hex 文件里搜源码字符串？搜不到是正常的：hex 是十六进制编码的记录文本（地址、长度、校验俱全），代码和数据都被编码过，明文在里面根本不存在。搜不到 ≠ 没烧进去。

正确做法：搜 .axf——axf 是真实的二进制镜像（也可配合 map 文件），里面的常量字符串、函数符号是可直接定位的。

#七、参考库/链接

• STM32F103 参考手册（RM0008）：TIM 定时器章节（PSC / ARR / 更新事件与中断）
• 洋桃1号官方例程：TIM 定时器中断示例（TIM3_Init 所在工程）
• STM32CubeProgrammer CLI 烧录：SWD 接口下载 / 校验

#八、相关阅读

• PWM 与电机控制原理——定时器管电平时间的另一大用场
• 软件 I2C：用 GPIO 敲出一条总线
• STM32 实战复盘：一次烧录验证串起的整条工具链

#九、更新日志