STM32 PWM 输出模式详解：从定时器到舵机控制
STM32 PWM 输出模式详解：从定时器到舵机控制
分类： 嵌入式开发
标签： STM32, PWM, 定时器, 舵机, 电机控制
一、PWM 基本原理
PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是一种通过调节脉冲宽度（占空比）来实现模拟量控制的技术。其核心思想是：在固定频率下，改变高电平持续时间的比例，从而等效地输出一个连续可调的模拟电压。
STM32 的 PWM 输出依赖于高级定时器（TIM1/TIM8）或通用定时器（TIM2~TIM5）的输出比较（Output Compare）功能。
关键寄存器
- ARR（Auto-Reload Register）：决定 PWM 周期
- CCRx（Capture/Compare Register x）：决定占空比
- CNT（Counter）：从 0 计数到 ARR，循环往复
当 CNT < CCR 时输出高电平，当 CNT ≥ CCR 时输出低电平。因此：
$$f_{PWM} = \frac{f_{TIM}}{ARR + 1}$$
$$Duty = \frac{CCR}{ARR + 1} \times 100\%$$
二、STM32F103 定时器资源
STM32F103RCT6 拥有以下定时器：
| 定时器 | 类型 | 通道数 | 功能特点 |
|---|---|---|---|
| TIM1 | 高级 | 4 | 互补输出、刹车输入、死区插入 |
| TIM2~TIM5 | 通用 | 4 | 基本 PWM，常用 |
| TIM6~TIM7 | 基本 | 0 | 无 PWM 输出 |
| TIM8 | 高级 | 4 | 同 TIM1 |
注意：PA9/PA10 被 USART1 占用，PA11/PA12 被 USB 占用，PA13/PA14 被 SWD 占用，这些引脚不能作为 PWM 输出。
推荐引脚分配
| 定时器通道 | 引脚 | 用途 |
|---|---|---|
| TIM2_CH1 | PA0 | 舵机 1 控制 |
| TIM2_CH2 | PA1 | 舵机 2 控制 |
| TIM3_CH1 | PA6 | LED 呼吸灯 |
| TIM3_CH2 | PA7 | 电机速度控制 |
三、配置步骤
1. 时钟使能
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); // TIM2 在 APB1 上
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // GPIOA 在 APB2 上
2. GPIO 复用配置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; // PA0
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);
3. 定时器配置
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71; // 72MHz / (71+1) = 1MHz
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 19999; // 1MHz / 20000 = 50Hz（适合舵机）
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
4. PWM 通道配置
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // PWM1 模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 1500; // 初始占空比（1.5ms = 中位）
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
5. 启动定时器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); // 使能 TIM2
四、实际应用：舵机控制
SG90 舵机的控制信号是周期 20ms（50Hz）的 PWM：
| 脉宽 | 角度 |
|---|---|
| 0.5ms (CCR=500) | 0° |
| 1.0ms (CCR=1000) | 45° |
| 1.5ms (CCR=1500) | 90°（中位） |
| 2.0ms (CCR=2000) | 135° |
| 2.5ms (CCR=2500) | 180° |
// 设置舵机角度
void servo_set_angle(uint16_t angle) {
// angle: 0~180
uint16_t pulse = 500 + (angle * 2000) / 180; // 500~2500
TIM_SetCompare1(TIM2, pulse);
}
五、注意事项
- 引脚冲突：避开 PA9/PA10（USART1）、PA11/PA12（USB）、PA13/PA14（SWD）
- 驱动能力：STM32 GPIO 输出电流有限，驱动电机需加 MOSFET 或专用驱动芯片
- 滤波器：PWM 输出建议加 RC 滤波器（10kΩ + 100nF）减少 EMI
- 备用引脚：PC12~PC15、PA15 可作为额外 PWM 输出（通过定时器重映射）
总结
PWM 是嵌入式开发中最常用的输出技术之一。理解 STM32 定时器的工作原理和寄存器配置，不仅能实现舵机和电机控制，还能扩展到 LED 调光、音频输出、开关电源控制等多种场景。掌握好这些基础，后续学习高级定时器的死区插入、互补输出等功能会轻松很多。
STM32 PWM 输出模式详解：从定时器到舵机控制
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