STM32的PWM

PWM作为硬件中几乎不可或缺的存在，学会 PWM，等于打通了 STM32 的“定时器体系”。学一次，STM32 全系列（甚至 AVR、PIC、ESP32）都能通用。硬件只要一个 I/O 就能驱动功率模块，非常省成本。不会 PWM，几乎没法独立做电机控制、灯光调节、舵机、开关电源类项目。

1.PWM 的本质是什么（从电子角度说）

PWM（Pulse Width Modulation）——脉冲宽度调制

它并不是直接输出“某个电压值”，而是输出一个 固定周期、可变占空比 的方波。

当你用这个方波去驱动：

LED → 人眼视觉暂留会“平均”亮度。

电机 → 电机电感+惯性会把高频方波“平均”成类似直流的电压。

舵机 → 内部单片机通过高电平脉宽判断位置。

开关电源 → 控制 MOSFET 的导通时间来调节能量传输。

占空比定义

假设周期 = T， 高电平时间 = Th，
占空比 D = Th / T

0% → 恒低

100% → 恒高

50% → 高低时间相等

2.输出比较通道

1.最左边：比较与“输出模式控制器”

输入：

CNT > CCR1、CNT = CCR1 两个比较结果

ETR（外部触发脚）

TIM1_CCMR1 里的配置位：OC1M[2:0]（选择 PWM1/2、切换、强制高/低等），OC1CE（OCref 清除使能）

做的事：
根据选定的 输出比较模式（OC1M）和比较结果，产生一个“理想参考波形” OC1REF。

PWM1：CNT < CCR1 → OC1REF=有效；否则无效

PWM2：相反

Toggle/强制高/低：按模式固定/翻转

若 OC1CE=1 且 ETR 上升沿到来 → 强制把 OC1REF 拉为无效（快速关断/保护用）

记忆：OC1REF 只是“内部参考信号”，还没考虑死区、极性、关闭时状态。

2中间：死区发生器（高级定时器专属）

输入： OC1REF
控制位： TIM1_BDTR.DTG[7:0]（死区时间编码）

输出： 两路互补且带空窗的信号：

OC1_DT：给主输出（OC1）

OC1N_DT：给互补输出（OC1N）

它们之间永不同时为有效，并在换向时插入 死区时间，避免上下管直通。

F1 的 DTG 为 8 位分段编码（三段倍率），实际死区 = 编码值 × t_DTS（或乘 2/8/16 的倍率，具体按手册分段公式换算）。核心记住：数越大，死区越长。

3右侧两组多路选择器：运行/空闲/故障时的“强制电平”

你看到每路（OC1、OC1N）在进入极性反相器之前都有一个小 MUX，它的若干个输入是：

来自死区单元的 OC1_DT / OC1N_DT（“正常工作波形”）

常量 ‘0’ 或 ‘1’（“强制电平”）

它们在什么情况下选谁？
取决于高级定时器的 关断/空闲策略：

运行关断（OSSR）：当通道被软件关断（CC1E/CC1NE=0）但定时器还在运行时，输出要进入哪个“安全电平”。

空闲关断（OSSI）：当主输出被关闭（MOE=0，比如 Break 触发或还没使能）时，引脚保持哪个“空闲电平”。

OISx/OISxN（在 TIM1_CR2）：定义“空闲电平”到底是 0 还是 1（注意是在极性反相之前的电平）。

一句话：MUX 负责在 正常波形 和 强制 0/1 之间选择，OSSR/OSSI/OISx 决定“关掉时该保持什么电平”。

4极性（反相器）

主通道用 TIM1_CCER.CC1P

互补通道用 TIM1_CCER.CC1NP

当这些位为 1 时，对应通道在 MUX 之后做一次逻辑反相。

注意：OISx 的 0/1 是在反相之前定义的，所以最终引脚电平 =（OISx 设定）→（再看 CC1P/CC1NP 是否反相）。

5最右：输出使能电路 & 全局门控

通道局部使能：TIM1_CCER.CC1E（主）、CC1NE（互补）

全局主输出使能（高级定时器特有）：TIM1_BDTR.MOE 必须为 1，否则各通道即便 CCxE=1 也出不来波形

还会受 刹车/锁定（BDTR.BKE、LOCK）等保护逻辑控制

结合 OSSR/OSSI/OISx，在被禁止时输出保持“安全/空闲”电平

最终，经过这些门控后，才真正到达芯片引脚 OC1 与 OC1N。

把整条链路串一下（典型的 PWM1 互补输出场景）

比较：CNT 与 CCR1 比 → 输出模式控制器按 OC1M 生成 OC1REF

死区：OC1REF → 生成互补且不重叠的 OC1_DT / OC1N_DT（间隔 = DTG）

关断策略：

正常运行且 CC1E/CC1NE=1 且 MOE=1 → MUX 选 带死区的波形

若你清了 CC1E（通道禁用）且 OSSR=1 → MUX 选 强制 0/1（保持安全电平）

若发生 Break 或 MOE=0 且 OSSI=1 → MUX 选 空闲电平（由 OIS1/OIS1N 定义）

极性：按 CC1P/CC1NP 反相或不反相

输出门：再经过 CC1E/CC1NE 与 MOE 的最终门控 → 到 OC1/OC1N 引脚

各寄存器在这张图里各司其职（速查）

CCMR1：OC1M（决定 OC1REF 的生成方式），OC1CE（ETR 清除 OC1REF）

BDTR：DTG（死区）、MOE（主输出总开关）、OSSR/OSSI（运行/空闲的关断选择）

CR2：OIS1/OIS1N（空闲电平设定）

CCER：CC1E/CC1NE（局部开关）、CC1P/CC1NP（极性）

两个常见“为什么”

为什么有 OC1 和 OC1N 两路？
做半桥/全桥时分别去驱动上管与下管，需要互补且不重叠的门控信号，死区发生器确保不直通。

为什么关掉时还要管 0/1？
关断瞬间的引脚电平关系到功率管安全与外部电路的默认状态，OSSR/OSSI + OISx 就是为“安全、可预测”而设计的。

3.PWM 生成过程（边沿对齐模式）

假设：

PSC = 71（分频 72）

ARR = 99

CCR1 = 30

执行过程：

时钟源：
CK_TIMER = 72 MHz（假设来自 APB1 倍频）
CK_CNT = CK_TIMER / (PSC + 1) = 72 MHz / 72 = 1 MHz
→ CNT 每 1 μs 加 1。

计数周期：
CNT 从 0 → 99（ARR），共 100次计数 → 周期 = 100×1 μs = 1 ms → f = 100Hz。

比较过程：

CNT < CCR1（0–29） → 输出为高（PWM1 模式，极性高）。

CNT = 30时 → 比较事件触发，输出变低。

CNT 继续到 99 → 更新事件（CNT 归零），输出回到高。

形成波形：
周期 1 ms，高电平 500 μs → 占空比 = 30/ 100 = 30%。

模式比较

4.PWM基本结构

代码例子（呼吸灯）

//-----------------------------
// STM32 TIM2_CH1 PWM 输出示例（1kHz，0~100%呼吸）
// 对应结构图流程：PSC -> CNT/ARR -> CCR -> 输出模式控制器 -> 极性 -> 输出使能 -> GPIO
//-----------------------------#include "stm32f10x.h"void PWM_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;// 1) 开启 GPIOA、AFIO、TIM2 时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);   // GPIO 模块时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);    // 复用功能时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);    // TIM2 时钟// 2) 部分重映射 TIM2_CH1 到 PA15，并关闭 JTAG（保留 SWD）//    图中相当于把“输出使能电路”的信号线连到 PA15 引脚GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);  GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);// 3) 配置 PA15 为复用推挽输出，交给定时器驱动GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_15;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;     // 复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// 4) 定时器内部时钟作为计数源TIM_InternalClockConfig(TIM2);// 5) 配置时基单元（PSC 和 ARR）—— 图中“计数器单元”TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision   = TIM_CKD_DIV1;          // 滤波采样分频=1TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode     = TIM_CounterMode_Up;    // 向上计数模式TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period          = 100 - 1;               // ARR=99，100个计数TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler       = 720 - 1;                // PSC=719，把72MHz分频到100kHz// PWM频率 = 100kHz / 100 = 1kHzTIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;                    // 重复计数器不用TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);// 6) 配置输出比较单元（CCR、模式、极性）—— 图中“输出模式控制器”TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStruct); TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode      = TIM_OCMode_PWM1;         // PWM1模式：CNT<CCR为有效TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  // 使能输出TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity  = TIM_OCPolarity_High;     // 有效电平=高TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse       = 0;                       // CCR1初值=0，占空比0%TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStruct);// 7) 开启 ARR 与 CCR1 预装载（影子寄存器）—— 避免更新毛刺TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);// 8) 启动定时器TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}// 设置占空比（0~100）
void PWM_SetCompare1(uint16_t compare)
{TIM_SetCompare1(TIM2, compare); // 图中就是改变“红线阈值”
}int main(void)
{uint8_t i;PWM_Init();while(1){// 占空比 0% -> 100%for(i=0; i<=100; i++){PWM_SetCompare1(i); // 修改 CCR1Delay_ms(1);        // 延时 1ms}// 占空比 100% -> 0%for(i=0; i<=100; i++){PWM_SetCompare1(100 - i);Delay_ms(1);}}
}

5.运用场景