STM32——PWM驱动舵机和直流电机、测量PWM频率和占空比、旋转编码器测速（十二）

DLGXY2026-02-03 10:34

一、PWM驱动舵机

通过按键控制舵机的旋转角度，现象是按一下按键舵机旋转30°，就是通过按键去变化PWM的占空比。

接线图
配置PWM波形
复制代码 
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//1分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 20000 - 1;//自动重装ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;//预分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;//重复计数器，高级定时器独有。PSC
	
	TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);
	TIM_ClearFlag(TIM2,TIM_FLAG_Update);//清断中断标记，以解决TIM_TimeBaseInit带来的中断
	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;//CCR
	
	TIM_OC2Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);
	
	
	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);

整体流程遵循时钟使能 → 外设引脚初始化 → 定时器基础配置 → PWM 输出通道配置 → 定时器使能的 STM32 外设配置通用逻辑，每一步的作用和关联关系如下：

  1. 使能 GPIOA 时钟，为 PA1 引脚的功能配置做准备；
  2. 初始化 GPIOA_Pin1 ，配置为复用推挽输出模式（AF_PP），因为定时器 PWM 属于 GPIO 复用功能，推挽模式保证输出驱动能力，同时配置 50MHz 输出速度；
  3. 使能 TIM2 定时器时钟（TIM2 挂在 APB1 总线，需单独使能）；
  4. 配置 TIM2 时钟源 ，使用内部时钟（STM32 通用定时器默认也是内部时钟，此句可省略，但显式配置更规范）；
  5. 初始化 TIM2 时基单元 ，配置预分频、自动重装值、计数模式等核心参数，决定 PWM 的频率；
  6. 清除 TIM2 更新标志位，避免时基初始化时产生的更新中断误触发（若开启了更新中断，此步必须有）；
  7. 初始化 TIM2_OC2（通道 2） ，先通过TIM_OCStructInit初始化 PWM 结构体默认值，再配置 PWM 模式、输出极性、输出使能、占空比寄存器值，决定 PWM 的占空比和输出特性；
  8. 使能 TIM2 定时器，定时器开始计数，PA1 引脚正式输出 PWM 波。

引脚对应表

快速修改 TIM2 通道 2 的 CCR2 寄存器值

void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare)

{

TIM_SetCompare2(TIM2,Compare);

}

然后把0~180° 的角度值转换成了舵机对应的 PWM 占空比参数（CCR2 值）

void Servo_SetAngle(float Angle)

{

PWM_SetCompare2(Angle / 180 * 2000 + 500);

}

这里的0°就是上面的-90°

CCR/ARR == 占空比

按键控制舵机的旋转角度

通过按键触发舵机角度每次 + 30°，超过 180° 则重置为 0°

复制代码 
while(1)
	{
		keyNum = Key_GetNum();
		if(keyNum == 1)
		{
			Angle += 30;
			if(Angle > 180)
			{
				Angle = 0;
			}
		}
		Servo_SetAngle(Angle);
		OLED_ShowNum(1,7,Angle,3);
	}

二、PWM驱动直流电机

和上面一样通过按键控制PWM占空比。

接线图
配置PWM

基本和上面一样，改用TIM2的通道3，对应的GPIO口是PA2，然后是为了方便配置占空比，直接将ARR配置为100。

复制代码 
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//1分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;//自动重装ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 36 - 1;//预分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;//重复计数器，高级定时器独有。PSC
	
	TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);
	TIM_ClearFlag(TIM2,TIM_FLAG_Update);//清断中断标记，以解决TIM_TimeBaseInit带来的中断
	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;//CCR
	TIM_OC3Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);
	
	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
配置驱动模块
复制代码 
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	
	PWM_Init();

把 PA4、PA5 配置成通用推挽输出，作为电机驱动模块的方向控制引脚。将PWM的驱动函数放在最后，调用时就不需要单独调用。

电机转动方向及转速
复制代码 
void Motor_SetSpeed(int8_t Speed)
{
	if(Speed >= 0)
	{
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
		PWM_SetCompare3(Speed);
	}
	else
	{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
		PWM_SetCompare3(-Speed);
	}
		
}
  • 正数（Speed > 0） ：执行正转电平配置（PA4 高、PA5 低），直接用正数设置 PWM 占空比（转速）；
  • 负数（Speed < 0） ：执行反转 电平配置（PA4 低、PA5 高），取负数的绝对值-Speed设置 PWM 占空比（保证占空比为正）；
  • 零（Speed = 0） ：进入正数分支，电平为 PA4 高、PA5 低，但 PWM 占空比为 0，电机停止转动（刹车）。

调用

复制代码 
int main(void)
{
	OLED_Init();
	Motor_Init();
	key_Init();
	OLED_ShowString(1,1,"Speed:");
	while(1)
	{
		keyNum = key_GetNum();
		if(keyNum == 1)
		{
			Speed += 20;
			if(Speed > 100)
			{
				Speed = -100;
			}	
			Motor_SetSpeed(Speed);
			OLED_ShowSignedNum(1,7,Speed,3);
		}
	}	
}

三、测量PWM频率、占空比

接线图
配置PWM

让输出的PWM的频率为1MHZ。

复制代码 
    TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//1分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;//自动重装ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;//预分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;//重复计数器，高级定时器独有。PSC

使用TIM_PrescalerConfig函数去修改PSC，以改变PWM的频率。

复制代码 
void PWM_SetPrescaler(uint16_t Prescaler)
{
	TIM_PrescalerConfig(TIM2,Prescaler,TIM_PSCReloadMode_Immediate);
}
配置输入捕获
复制代码 
void IC_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//1分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;//自动重装ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;//预分频psc
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;//重复计数器，高级定时器独有。PSC
	
	TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0XF;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
	
	TIM_PWMIConfig(TIM3,&TIM_ICInitStructure);	//此函数会自动把剩下的一个通道初始化为相反的配置，此函数仅支持通道1和通道2
			
	TIM_SelectInputTrigger(TIM3,TIM_TS_TI1FP1);
	TIM_SelectSlaveMode(TIM3,TIM_SlaveMode_Reset);
	
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

选择内部时钟，用TIM3。将PSC配置为72，将计数频率配置为1MHZ。

为 TIM3 通道 1 设置捕获规则，所有配置围绕「精准、抗干扰捕获外部上升沿」设计；

关键：TIM_ICFilter=0XF是最大滤波，适合工业环境 / 杂波多的场景，若外部 PWM 信号干净，可减小滤波值（如 0x4）提升响应速度。

PWMI 模式开启（代码灵魂，自动配置双通道）

复制代码 
TIM_PWMIConfig(TIM3,&TIM_ICInitStructure);

如果是只测量频率，不用进行这一步。这个的作用是基于通道 1 的配置，自动初始化通道 2 为相反捕获配置，无需手动写通道 2 的代码：

  • 通道 1（TIM3_Channel1）：保持配置 → 捕获上升沿（记录 PWM 周期的起始 / 结束）；
  • 通道 2（TIM3_Channel2）：自动配置 → 捕获下降沿（记录 PWM 高电平的结束）；
  • 硬件特性：两个通道的捕获值会自动存入CCR1 和CCR2寄存器，CPU 只需按需读取，无需干预；
  • 限制：STM32 硬件仅支持通道 1/2组成 PWMI 配对，通道 3/4 不支持。

从模式

TIM_TS_TI1FP1：指定「TIM3 通道 1 滤波后的上升沿」作为定时器的触发源；

TIM_SlaveMode_Reset：复位从模式 → 每当检测到上述触发源（上升沿），定时器的计数器 CNT 会被硬件自动复位为 0，并同时将当前 CNT 值存入 CCR1 寄存器

转换逻辑

这个使用的是测周法，计数频率是1MHZ，除以CNT1就是PWM的频率。

uint32_t IC_GetFreq(void)

{

return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);

}

占空比 =（CNT2 + 1）/（CNT2 + 1）

uint32_t IC_GetDuty(void)

{

return (TIM_GetCapture2(TIM3) + 1)*100 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);

}

调用
复制代码 
int main(void)
{
	OLED_Init();
	PWM_Init();
	IC_Init();
	
	OLED_ShowString(1,1,"Freq:00000Hz");
	OLED_ShowString(2,1,"Duty:00%");
	
	PWM_SetPrescaler(72 - 1);		//Freq = 72M / (psc + 1) / 100
	PWM_SetCompare1(20);			//Duty = ccr / 100
		
	while(1)
	{
		OLED_ShowNum(1,6,IC_GetFreq(),5);
		OLED_ShowNum(2,6,IC_GetDuty(),2);
	}	
}

四、旋转编码器测速

接线图
配置GPIO

将PA6、PA7配置为上拉输入。

复制代码 
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
TIM3 时钟使能 + 时基单元配置

将PSC配置为0，不要分频。

复制代码 
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//1分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;//自动重装ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;//预分频psc
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;//重复计数器，高级定时器独有。PSC
	
	TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);
TIM3 双通道输入捕获配置
复制代码 
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
	TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0XF;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
	TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStructure);
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0XF;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
	TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStructure);
  • 核心：为 TIM3 的两个通道分别配置输入捕获规则，作为编码器模式的硬件基础（编码器模式本质是输入捕获的特殊应用）；
  • 关键：TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure)：初始化捕获结构体为默认值，避免未赋值的成员出现脏数据，导致配置失败；
  • 滤波 & 极性：两个通道均设最大滤波（抗编码器杂波）、上升沿捕获，后续编码器模式会基于此极性实现边沿检测。
编码器接口模式配置（代码灵魂，开启硬件计数）
复制代码 
TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3,TIM_EncoderMode_TI12,TIM_ICPolarity_Rising,TIM_ICPolarity_Rising);

这个的作用是将 TIM3 从普通定时器转换为编码器专用计数器

TIM_EncoderMode_TI12编码器模式 1同时检测 TI1（A 相）和 TI2（B 相）的边沿，A/B 相每一个有效边沿都会触发计数器加 / 减 1，计数精度最高（编码器最常用模式）

使能 TIM3，开始编码器计数
复制代码 
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE)
读取CNT

将读取到的CNT值放在Temp，然后将CNT清零，最后将Temp返回。

复制代码 
int16_t Encoder_Get(void)
{
	int16_t Temp;
	Temp = TIM_GetCounter(TIM3);
	TIM_SetCounter(TIM3,0);
	return Temp;
}
调用

将读取CNT的函数放在定时中断函数里，定时去更新CNT的数值，就是在1内旋转编码器旋转了多少，这个数值和速度相同。

复制代码 
int main(void)
{
	OLED_Init();
	Encoder_Init();
	Timer_Init();

	OLED_ShowString(1, 1, "Speed:");
	
	while(1)
	{
		OLED_ShowSignedNum(1,7,Speed,5);
}

void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update) == SET)
	{
		Speed = Encoder_Get();
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}
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