用定时器生成PWM信号

PWM 简介

PWM（脉冲宽度调制）是一种将信号表示为占空比可变的矩形波的方法。本质上，它利用数字信号的"开"和"关"，通过调节脉冲的高电平持续时间（占空比），来控制负载获得的平均电压或功率。

下图展示了一个理想电感器在 PWM 电压驱动下的工作示例：

图片来源：网络

尽管输入电压是矩形波脉冲，但随着开关频率的提高，电感中的电流波形会逐渐变得平滑，最终接近正弦波。

在本示例中，我们使用一个反射式光电开关，并通过 PWM 信号来控制其打开和关闭的时间，从而显著降低其平均功耗。

本示例基于STM32G0系列微控制器，使用STM32CubeMX进行配置，并生成初始化代码。

这样，光电开关的占空比为：

复制代码

100 μs / 10 ms = 1%

定时器时钟 TIMPCLK 来源于 PCLK（APB 总线时钟）。在本配置中，APB 分频系数设置为 1，因此定时器时钟 TIMPCLK 的频率与 PCLK 相同，均为 16 MHz。

定时器计数频率计算
- 定时器的时钟频率：16MHz
- 预分频器值：4 （设置值为3，实际分频值为4）分频后的定时器计数频率为：
  
  计数频率 = 时钟频率 / 预分频器值 = 16MHz / 4 = 4MHz
也就是说，定时器在 1 秒内计数 4,000,000 次。

采用分频的主要原因是：定时器自动重装载寄存器（ARR）为 16 bit，最大值为 65535。如果不进行分频，计数器在有限的计数范围内，无法满足 10 ms 周期的要求。
PWM周期计算

目标 PWM 周期为 10 ms。

在 4 MHz 的计数频率下，10 ms 内的计数值为：
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```
4,000,000 × 10 ms / 1000 ms = 40,000
```
因此，计数器从 0 计数到 39999，共计 40,000 个计数周期：
复制代码
```
ARR = 39999
```
高电平时间（Pulse）计算

目标高电平时间为 100 μs。

在 4 MHz 的计数频率下，100 μs 内的计数值为：
复制代码
```
4,000,000 × 100 μs / 1,000,000 μs = 400
```
因此：

计数器从 0 计数到 399 时输出高电平

共计 400 个计数周期:
复制代码
```
Pulse = 399
```

代码生成后，main() 函数中会包含 TIM1 的初始化代码。仍需手动启动定时器和 PWM 输出：

复制代码

  HAL_TIM_Base_Start(&htim1);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2);

我们通过检测反射式开关发光管的电压波形，观察 PWM 信号的输出效果：

从示波器截图可以看到，光电开关的发光管在每个 10 ms 周期内仅点亮 100 μs，达到了预期的低功耗效果。