嵌入式硬件篇---PWM输出通道&定时器

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文章目录

• 前言
• 一、PWM通道与定时器的关系
• • 1.简介
  • 2.定时器作为PWM的时基发生器
  • 3.通道作为PWM的输出接口
  • 4.协同工作流程
  • 5.关键公式
• 二、输出PWM的设置步骤（通用流程）
• • [1. 选择定时器与通道](#1. 选择定时器与通道)
  • [2. 配置时钟源](#2. 配置时钟源)
  • [3. 初始化定时器参数](#3. 初始化定时器参数)
  • • 预分频器
    • 自动重装载
  • [4. 配置PWM模式](#4. 配置PWM模式)
  • [5. 配置GPIO为复用功能](#5. 配置GPIO为复用功能)
  • [6. 启动定时器与通道](#6. 启动定时器与通道)
  • [7. 动态调整占空比](#7. 动态调整占空比)
  • 8.关键注意事项
  • • 频率与分辨率的权衡
    • 中央对齐模式
    • 死区电压
  • 9.示例应用：呼吸灯

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前言

本文简单介绍了PWM定时器生成与通道输出的关系。

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一、PWM通道与定时器的关系

1.简介

PWM（脉宽调制） 通过周期性的高低电平切换产生可变占空比的信号，广泛应用于电机控制、LED调光等领域。其核心依赖**定时器（Timer）**模块生成精确的时间基准，具体关系如下：

2.定时器作为PWM的时基发生器

定时器通过内部计数器周期性递增/递减 ，生成固定频率 的时钟信号。计数器的溢出频率决定了PWM信号的频率。

3.通道作为PWM的输出接口

每个定时器通常有多个通道 （如STM32的TIM1有4个通道），每个通道可独立输出PWM信号 。通过配置通道的比较寄存器（CCR），可调整占空比。

4.协同工作流程

1. 定时器计数器（CNT）按配置的频率累加。
2. 当CNT值小于通道的CCR值时，PWM输出高电平（或低电平，取决于极性配置）。
3. 当CNT超过CCR但**未达到自动重装载值（ARR）**时，电平翻转。
4. CNT达到ARR时，复位并触发更新事件，开始新周期。

5.关键公式

1. PWM频率 = 定时器时钟源频率 / [(PSC + 1) * (ARR + 1)]
2. 占空比 = CCR / (ARR + 1) * 100%

二、输出PWM的设置步骤（通用流程）

以下步骤以STM32为例，但原理适用于多数微控制器：

1. 选择定时器与通道

根据硬件设计，选择支持PWM输出的定时器 及对应通道（如TIM3_CH1对应PB4引脚）。

2. 配置时钟源

// 使能定时器时钟（以STM32为例）
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

3. 初始化定时器参数

预分频器

预分频器（PSC）：降低定时器时钟频率。

自动重装载

自动重装载值（ARR）：设定计数周期，与PSC共同决定PWM频率。

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct;
TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler = 71;          // 72MHz/(71+1)=1MHz
TIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period = 999;            // PWM频率=1MHz/(999+1)=1kHz
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStruct);

4. 配置PWM模式

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCStruct;
TIM_OCStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;      // PWM模式1（CNT < CCR时输出有效电平）
TIM_OCStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCStruct.TIM_Pulse = 500;                   // 初始占空比50%（CCR=500）
TIM_OCStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; // 高电平有效
TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCStruct);               // 初始化通道1

5. 配置GPIO为复用功能

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;    // 复用推挽输出
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

6. 启动定时器与通道

TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);          // 启动定时器
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM3, ENABLE); // 若为高级定时器（如TIM1），需额外使能主输出

7. 动态调整占空比

TIM_SetCompare1(TIM3, new_CCR);  // 修改通道1的CCR值以改变占空比

8.关键注意事项

频率与分辨率的权衡

频率与分辨率权衡：ARR值越大，PWM分辨率越高，但最大频率降低。

中央对齐模式

中央对齐模式：计数器先递增后递减 ，PWM频率减半，适合某些电机控制场景。

死区电压

死区时间：H桥驱动中**，高级定时器可插入死区**，防止上下管直通。

9.示例应用：呼吸灯

// 在循环中逐渐改变CCR值
for(uint16_t i=0; i<=1000; i+=10) {
    TIM_SetCompare1(TIM3, i);
    Delay_ms(10);
}

通过以上步骤，定时器与PWM通道 协同工作，实现了灵活的信号输出控制。实际开发中需参考具体芯片的数据手册，确保寄存器和库函数正确配置。

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