深入理解STM32定时器PWM波：从原理到实战

 

在嵌入式系统开发中，STM32系列微控制器凭借其强大的性能和丰富的资源，被广泛应用于各类项目。定时器产生PWM波是STM32的一项基础且重要的功能，在电机控制、LED调光、音频信号生成等诸多领域发挥着关键作用。今天，就让我们一同深入学习STM32定时器PWM波的相关知识。

 

一、PWM波基础原理

 

PWM，即脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过调节方波的脉冲宽度（占空比），可以等效输出不同的模拟电压值。例如，在电机控制中，改变PWM波的占空比就能调整电机的转速；在LED调光中，占空比决定了LED的亮度。占空比计算公式为：占空比 = （高电平持续时间 / 周期）× 100% 。

 

二、STM32定时器资源概述

 

STM32微控制器拥有多个定时器，如高级定时器（TIM1、TIM8）、通用定时器（TIM2 - TIM5）和基本定时器（TIM6、TIM7）。不同定时器具备不同特性和功能，高级定时器除基本PWM输出外，还支持互补输出、死区控制等功能，常用于三相电机控制；通用定时器则适用于一般的PWM波生成场景 。

 

三、STM32定时器PWM配置步骤

 

1. 使能定时器和相关GPIO时钟

 

在配置之前，需要先开启定时器和对应GPIO端口的时钟，这是让硬件模块工作的基础。例如，使用TIM3和PA6引脚时，通过RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); 开启TIM3时钟，RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); 开启GPIOA时钟。

 

2. 配置GPIO引脚为复用功能

 

将用作PWM输出的GPIO引脚配置为复用功能模式，设置引脚模式、速度和输出类型。以PA6为例，GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

 

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

 

 

同时，还需设置引脚复用功能，使能TIM3复用功能：GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_TIM3);

 

3. 配置定时器基本参数

 

设定定时器的周期（ARR）、预分频器（PSC），以此确定PWM波的频率。频率计算公式为：f = 定时器时钟频率 / ((PSC + 1) * (ARR + 1)) 。比如，若定时器时钟为72MHz，设置PSC = 71，ARR = 999，则PWM频率为f = 72000000 / ((71 + 1) * (999 + 1)) = 1kHz 。

 

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;

TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

 

 

4. 配置PWM模式

 

选择PWM模式（PWM模式1或PWM模式2），设置PWM输出通道的初始占空比（比较值CCR）。例如，配置TIM3通道1为PWM模式1，设置初始占空比为50% （即CCR = 500）：

 

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;

TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;

TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;

TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;

TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);

 

 

5. 使能定时器

 

完成上述配置后，通过TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); 使能定时器，让其开始工作，输出PWM波。

 

四、实战测试与应用

 

在完成代码编写并下载到STM32开发板后，可以使用示波器测量PWM波的频率和占空比，验证配置是否正确。若要调整PWM波的占空比，可在程序运行过程中通过修改CCR寄存器的值实现，如TIM_SetCompare1(TIM3, 300); 将占空比调整为30% 。在实际应用中，根据不同需求，将PWM波应用于电机调速、舵机控制等系统。

 

五、总结与拓展

 

通过以上步骤，我们掌握了STM32定时器PWM波的配置与应用。这只是基础，实际开发中还需考虑更多因素，如定时器中断处理、PWM波的同步与协调等。希望大家在学习过程中多实践、多思考，不断探索STM32定时器PWM波在更多领域的应用。