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单片机-STM32部分：13、PWM

news 来源：原创 2025/5/14 1:35:23

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PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制电流。例如输出占空比为50%，频率为10Hz的脉冲，高电平为3.3V.则其输出的模拟效果相当于输出一个1.65V的高电平。脉冲调制有两个重要的参数，第一个就是输出频率，频率越高，则模拟的效果越好。第二个就是占空比。占空比就是改变输出模拟效果的电压大小。占空比越大则模拟出的电压越大。

PWM频率

是指1秒钟内信号从高电平到低电平再回到高电平的次数(一个周期)；

如果频率为1000Hz ，也就是说1秒内来回了1000次，那每次的时间就是1ms，那此信号一个周期就是1ms

占空比：

是一个脉冲周期内，高电平的时间与整个周期时间的比例

调节占空比最终会反映到输出的电流、电压上，或者可以理解为输出的总能量变化，100%占空比时输出100%能量，50%占空比时，只会输出一半的能量，例如50%占空比控制LED会比较暗，控制电机力气会比较小。

STM32内置多个IO输出PWM通道。

STM32F1系列中：
高级定时器：TIM1、TIM8
通用定时器：TIM2、TIM3、TIM4、TIM5
基本定时器：TIM6、TIM7

STM32的每个高级、通用定时器都有独立的通道可以用来作为PWM输出模式。

TIM1_CH是普通通道，可以输出PWM信号或者捕获外部信号。
TIM1_CHN是互补通道，可以输出反相的PWM信号或者捕获反相的外部信号。

配置通用定时器TIM3，设置时钟源为内部时钟，这里我们可以看到TIM3定时器有四个通道可以配置

Slave Mode 从模式 Disable 不开启

Trigger Source 触发源 Disable 不开启

Clock Source 时钟源内部时钟

Channel1 通道1设置为PWM输出

input capture direct mode 输入捕获模式

输入捕获模式可以对输入的信号的上升沿，下降沿或者双边沿进行捕获，常用来测量输入信号的脉宽、频率和占空比，类似逻辑分析仪的实现。

Output Compare XX 输出比较模式

输出比较模式可以方便的调节每一路PWM波的频率，可以输出四路频率不同，占空比不同的PWM，完全独立。

输出比较模式是通过比较定时器计数器的值和预设的比较值来控制输出信号的状态的。当定时器计数器的值小于比较值时，输出信号为低电平；当定时器计数器的值大于等于比较值时，输出信号为高电平。

PWM Generation XX PWM模式

PWM模式可输出的四路PWM，但4个通道的频率是一致的，只有占空比是独立的，可以说PWM模式是输出比较模式的子集。

PWM Generation No Output 如果需要使用定时器事件来触发其他内部逻辑，比如设置标志位或触发中断，但不需要影响到GPIO的电平时使用
PWM Generation CH1 CH1输出
PWM Generation CH1N CH1互补输出
PWM Generation CH1 CH1N CH1输出和互补输出

Forced output 强制输出模式

强制输出模式能够直接由软件强置为有效或无效状态，而不依赖于输出比较寄存器和计数器间的比较结果。

配置PWM的具体参数

定时器部分配置在定时器章节已经进行讲解，

Prtscaler (定时器分频系数) : 71

Counter Mode(计数模式)：Up(向上计数模式)

Counter Period(自动重装载值) : 499

CKD(时钟分频因子) ：No Division （不分频）

auto-reload-preload(自动重装载) : Enable （使能）

预分频系数为 72-1，自动重装载值为 500-1，定时器溢出频率，即PWM的周期，就是 72MHz/(72)/(500) = 2kHz 这里的72是因为从0开始计算到71，500同理。

下面主要来了解PWM部分配置

在PWM输出模式下，除了CNT（计数器当前值）、ARR（自动重装载值）之外，还多了一个值CCRx（捕获/比较寄存器值）。
当CNT小于CCRx时，TIMx_CHx通道输出低电平；
当CNT等于或大于CCRx时，TIMx_CHx通道输出高电平。

PWM频率：
Fpwm =Tclk / ((arr+1)*(psc+1))(单位：Hz)
arr 是计数器值
psc 是预分频值
比如:
定时器频率Tclk=72Mhz arr=500-1 psc=72-1 那么PWM频率就是72000000/72/500=2000Hz，即2KHz

占空比：
duty circle = TIMx->CCR1 / arr(单位：%)
CCR1 用户设定值

设置CCR1=250，定时器arr=500,则pwm的占空比为50%

修改arr、psc可以修改频率
修改CCR1寄存器可以修改占空比

Mode： PWM模式1

有效电平的区别，有效电平的高低可以通过下方的CH Polarity配置
模式1和模式2正好互补，互为相反，在运用起来差别不大，一般使用模式1即可。
PWM模式1-在向上计数时，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平；
PWM模式2-在向上计数时，一旦TIMx_CNT=TIMx_CCR1时通道1为无效电平，否则为有效电平。

Pulse：占空比，设置为0，由代码进行配置即可。

Output compare preload：使能输出比较预装载

输出比较预装载允许你在当前PWM周期结束之前设置新的占空比或比较值，而这个新的值会在下一个周期开始时才生效。这样可以避免在调整PWM信号参数时产生的突变或毛刺，使得PWM输出的变化更为平滑连续。

简单来说，如果enable，任何写入TIMx_CCRx事件到来，都不会打断当前计数周期，只能等到计完数了(更新事件)，才把TIMx_CCRx传送至当前计数寄存器。
如果disable，任何写入TIMx_CCRx事件到来，都会打断当前计数周期，TIMx_CCRx的值传送至当前计数寄存器。

Fast Mode：关闭PWM脉冲快速输出

CH Polarity：设置有效电平为高或低，我们默认设置为高即可，和前面的PWM模式1共同作用。

下面，我们使用TIM3的CH2验证PWM功能


main.c
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_2);  //开启PWM输出
__HAL_TIM_SetCompare(&htim3,TIM_CHANNEL_2,50);  //设置默认的占空比值PWM占空比修改uint16_t pwm_value =0;   //占空比while (1){/* USER CODE BEGIN 3 */while (pwm_value < 500){pwm_value++;__HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_2, pwm_value);    //修改比较值，修改占空比HAL_Delay(1);}while (pwm_value){pwm_value--;__HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_2, pwm_value);    //修改比较值，修改占空比HAL_Delay(1);}HAL_Delay(200);}/* USER CODE END 3 */PWM频率修改：
定时器频率Tclk=72Mhz arr=500-1 psc=72-1 那么PWM频率就是720000/500/72=2000Hz，即2KHz
在步修改arr的情况下，我们可以通过设置psc的值，以修改最终输出的频率while (1){/* USER CODE BEGIN 3 *///4k__HAL_TIM_SET_PRESCALER(&htim3, 36-1);HAL_Delay(10);//2k__HAL_TIM_SET_PRESCALER(&htim3, 72-1);HAL_Delay(10);}/* USER CODE END 3 */或者修改装载值
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3, 500-1);

PWM频率固定2KHz，占空比修改