# 单片机定时器：工作模式与应用场景 ## 一、单片机定时器的工作模式

（一）定时模式

1.基本原理

：在定时模式下，单片机定时器依据内部时钟信号进行计数。内部时钟信号通常由单片机的晶振经过分频后得到，其频率稳定且精准。例如，若晶振频率为12MHz，经过12分频后，定时器的计数脉冲周期为1μs。定时器每接收到一个计数脉冲，计数值就加1 。当计数值达到预先设定的值时，就会产生溢出中断。例如，设置定时器初值为65536 - 1000，当计数值从初值开始，经过1000次计数后溢出，产生中断信号，通知CPU定时时间已到。

2.应用场景

：定时模式常用于需要精确时间控制的场景。如在电子时钟设计中，通过设置定时器定时1秒，每次溢出中断时，对秒计数器加1，进而实现对时间的精确计时。又如在电机转速控制中，通过定时中断来周期性地调整PWM（脉冲宽度调制）信号的占空比，从而实现对电机转速的精确控制。

（二）计数模式

1.基本原理

：计数模式下，定时器对来自外部引脚的脉冲信号进行计数。外部引脚每出现一个有效跳变（上升沿或下降沿，具体取决于定时器的设置），计数值就增加1。例如，当外部引脚连接到一个旋转编码器，旋转编码器每旋转一格就会输出一个脉冲信号，定时器通过对这些脉冲信号计数，就可以计算出旋转编码器的旋转角度或旋转速度。

2.应用场景

：计数模式常用于对外部事件进行计数的场景。在工业生产线上，可用于对产品的数量进行统计。例如，产品在传送带上经过一个光电传感器，每通过一个产品，光电传感器就会产生一个脉冲信号，定时器对该脉冲信号计数，从而实时统计产品的生产数量。在智能交通系统中，可通过对车辆经过感应线圈产生的脉冲信号进行计数，来统计车流量。

（三）PWM模式

1.基本原理

：PWM模式是定时器的一种特殊应用模式，它通过控制输出脉冲的占空比（即高电平持续时间与整个周期的比值）来实现对外部设备的控制。定时器在PWM模式下，会产生一个周期性的脉冲信号，通过改变定时器的比较值来调整高电平的持续时间。例如，在一个8位定时器的PWM模式中，若周期设定为255个计数脉冲，当比较值设置为128时，占空比为50%，即高电平持续时间为128个计数脉冲，低电平持续时间也为128个计数脉冲。

2.应用场景

：PWM模式广泛应用于电机调速、灯光亮度调节等领域。在电机调速中，通过改变PWM信号的占空比，可改变电机两端的平均电压，从而实现电机转速的调节。占空比越大，电机两端平均电压越高，转速越快；反之，转速越慢。在灯光亮度调节方面，通过PWM信号控制LED灯的点亮时间比例，实现对灯光亮度的无级调节。 ## 二、基于工作模式的综合应用场景

（一）智能家电控制

1.风扇转速调节

：在智能风扇中，可利用定时器的PWM模式来调节风扇转速。根据环境温度传感器采集到的温度数据，单片机通过调整定时器的比较值，改变PWM信号的占空比，从而实现风扇转速的自动调节。温度较高时，增大占空比，提高风扇转速；温度较低时，减小占空比，降低风扇转速。同时，也可以利用定时器的定时模式，实现定时开关风扇的功能，如设置定时1小时后关闭风扇。

2.空调压缩机控制

：对于空调压缩机的控制，定时器的多种模式协同工作。通过定时模式，可按照预设的时间间隔对压缩机的运行状态进行监测和调整。利用PWM模式控制压缩机电机的转速，根据室内温度的变化，实时调整压缩机的制冷或制热功率，达到节能和舒适的双重目的。

（二）工业自动化控制

1.步进电机控制

：在工业自动化设备中，步进电机常用于精确位置控制。通过定时器的PWM模式产生脉冲信号控制步进电机的转动，通过调整PWM信号的频率来控制步进电机的转速，通过改变脉冲的数量来控制步进电机的转动角度。同时，利用定时器的计数模式，可对步进电机的转动步数进行精确计数，实现闭环控制，确保步进电机的定位精度。

2.温度控制系统

：在工业温度控制系统中，定时器的定时模式用于周期性地采集温度传感器的数据，以实时监测温度变化。根据采集到的温度数据，通过定时器的PWM模式控制加热或制冷设备的工作时间比例，实现对温度的精确控制。例如，当温度低于设定值时，增大PWM信号的占空比，增加加热设备的工作时间；当温度高于设定值时，减小占空比，减少加热设备的工作时间。