STM32 零基础可移植教程 11：PWM 输出，让 LED 呼吸起来

上一篇我们用 TIM 周期中断做了一件事：

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不用 HAL_Delay(1000)，也能每 1 秒翻转一次 LED

那一篇的重点是"定时器到点提醒 CPU"。

这一篇继续用定时器，但换一种玩法：

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让定时器自己输出一串高低电平波形

这就是 PWM。

PWM 是 STM32 里非常常用的功能。它可以用来：

调 LED 亮度；
控制有刷电机速度；
控制舵机角度；
驱动无源蜂鸣器发声；
做一些简单的功率控制。

这一篇只做一个明确目标：

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用 TIM PWM 输出，让 LED 亮度从暗到亮、再从亮到暗，形成呼吸效果

无源蜂鸣器、电机、舵机先不讲。

先把"PWM 调 LED 亮度"跑通。

本篇目标

最终现象：

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LED 慢慢变亮
LED 慢慢变暗
循环重复

本篇用到的外设：

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TIM PWM Output
GPIO Alternate Function

本篇跑通标准：

Keil 编译通过；
程序能下载到开发板；
LED 能看到明显的呼吸效果；
能说清楚 PWM 不是软件延时闪烁；
能说清楚占空比越大，LED 平均亮度通常越高；
能说清楚换 TIM、换通道、换引脚时要改哪里。

准备工作

你需要准备：

项目

说明

| --- | --- |

STM32 开发板

任意 STM32 开发板

下载器

ST-LINK/V2 或板载 ST-LINK

LED

推荐先外接 LED 到支持 PWM 的引脚

限流电阻

例如 220Ω、330Ω、1kΩ 都可以先实验

原理图

确认哪个引脚支持 TIMx_CHy

CubeMX 工程

建议从第 10 篇定时器工程复制

建议从上一篇 10_timer_basic 复制一份，改名为：

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11_pwm_led_breathing

这一篇会继续用 TIM，但不再配置成周期中断，而是配置成 PWM 输出。

这里先提醒一个非常重要的坑：

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不是每个 LED 引脚都能输出 PWM

比如很多开发板的板载 LED 接在普通 GPIO 上，可能没有 TIM PWM 复用功能。

如果你发现板载 LED 那个引脚在 CubeMX 里选不到 TIMx_CHy，不要硬改。

建议先外接一个 LED 到支持 PWM 的引脚，比如常见 STM32F103 上可以用：

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PA6 -> TIM3_CH1

具体还是以你的芯片和 CubeMX Pinout 为准。

硬件连接

推荐先用外接 LED 跑通。

常见接法：

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STM32 PWM 引脚 ---- 限流电阻 ---- LED ---- GND

比如：

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PB5/TIM3_CH2 ---- 330Ω ---- LED ---- GND

这种接法通常是：

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PWM 高电平时间越长，LED 越亮

也就是占空比越大，亮度越高。

还有一些开发板的 LED 是接到 3.3V 的：

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3.3V ---- LED ---- 电阻 ---- STM32 引脚

这种通常是低电平亮。

如果你用这种 LED 做 PWM，可能会发现：

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占空比越大，LED 反而越暗

这不是 PWM 错了，而是 LED 有效电平方向反了。

本篇代码里预留了：

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#define APP_PWM_INVERT_DUTY 0u

如果亮度方向反了，可以改成：

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#define APP_PWM_INVERT_DUTY 1u

PWM 到底是什么

PWM 全称是：

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Pulse Width Modulation

中文通常叫：

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脉宽调制

名字听起来有点硬，其实可以先这样理解：

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PWM 就是在一个固定周期里，控制高电平占了多少时间

比如一个周期是 1 ms。

如果高电平 0.2 ms，低电平 0.8 ms：

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占空比 20%

如果高电平 0.5 ms，低电平 0.5 ms：

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占空比 50%

如果高电平 0.8 ms，低电平 0.2 ms：

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占空比 80%

LED 不是每次都能跟上这么快的亮灭变化。

当 PWM 频率足够高时，人眼看到的是平均亮度：

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占空比小 -> 平均亮度低
占空比大 -> 平均亮度高

所以 PWM 调光不是让 LED 慢慢改变电压。

它本质上还是快速开关：

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高、低、高、低、高、低......

只是通过改变高电平所占比例，让人眼感觉亮度变了。

PWM 频率怎么配

PWM 也是定时器输出，所以频率仍然和上一篇的公式有关：

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PWM Frequency = TIMx_CLK / ((Prescaler + 1) * (Counter Period + 1))

如果你的 TIM 时钟是 72 MHz，可以这样配出 1 kHz PWM：

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Prescaler = 72 - 1
Counter Period = 1000 - 1

因为：

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72,000,000 / (72 * 1000) = 1000 Hz

也就是：

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PWM 周期 = 1 ms

如果你的 TIM 时钟是 8 MHz，可以用：

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Prescaler = 8 - 1
Counter Period = 1000 - 1

因为：

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8,000,000 / (8 * 1000) = 1000 Hz

为什么这里也有 -1？

还是上一篇讲的原因：

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定时器从 0 开始计数，数 N 次就要写 N - 1

所以 Counter Period = 1000 - 1 表示从 0 数到 999，一共 1000 个计数。

这就是我们前面补充的那个口径。

后面 PWM 的 ARR、CCR，也都绕不开"从 0 开始数"这个基本事实。

占空比和 CCR 是什么关系

PWM 里还有一个很关键的值：

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Pulse

或者叫：

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CCR
Compare
捕获比较值

新手先不用纠结名字。

你可以把它理解成：

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在一个 PWM 周期里，高电平持续到哪里

比如我们配置：

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Counter Period = 1000 - 1

这表示一个 PWM 周期里有 1000 个计数。

如果 CCR 是 0：

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高电平几乎没有
占空比约 0%

如果 CCR 是 250：

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高电平占 250 / 1000
占空比约 25%

如果 CCR 是 500：

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占空比约 50%

如果 CCR 是 1000：

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占空比约 100%

所以本篇代码里不直接让你算 CCR，而是提供一个更容易理解的接口：

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App_PWM_SetDutyPermille(500);

这里的 500 表示：

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千分之 500 = 50%

1000 表示 100%，0 表示 0%。

代码内部会根据 ARR 自动换算成 CCR。

CubeMX 配置步骤

1. 选择支持 PWM 的引脚

这一步很关键。

不要先想"我想用哪个 LED"，而要先确认：

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这个引脚能不能配置成 TIMx_CHy

在 CubeMX Pinout 页面点击引脚。

如果你看到类似：

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TIM3_CH1
TIM2_CH2
TIM1_CH3

说明这个引脚可以作为定时器 PWM 通道。

本篇示例使用：

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PB5 -> TIM3_CH2

2. 配置 TIM3 为 PWM 输出

在 CubeMX 左侧找到：

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Timers -> TIM3

把 Channel2 设置为：

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PWM Generation CH2

CubeMX 会自动把 PB5 这类引脚配置成复用功能输出。

3. 配置 PWM 频率

如果 TIM3 时钟是 72 MHz，推荐先这样配：

配置项

推荐值

| --- | --- |

Prescaler

| 72 - 1 |

Counter Mode

Counter Period

| 1000 - 1 |

Clock Division

No Division

auto-reload preload

Disable

这样 PWM 频率约为：

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1 kHz

如果 TIM3 时钟是 8 MHz，可以用：

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Prescaler = 8 - 1
Counter Period = 1000 - 1

本篇不追求特别高频率，1 kHz 对 LED 呼吸实验已经够用了。

4. 配置 PWM 通道参数

在 TIM3 的 PWM Channel 配置里，常见参数这样设置：

配置项

推荐值

说明

| --- | --- | --- |

Mode

PWM mode 1

常用 PWM 模式

Pulse

初始占空比为 0

Output compare preload

Enable 或 Disable 都可先跑通

后续复杂场景再细讲

Fast Mode

Disable

先不用快速模式

CH Polarity

High

高电平有效输出

如果你的 LED 是低电平亮，先不用急着改 Polarity。

你可以先跑起来，再通过本篇代码里的 APP_PWM_INVERT_DUTY 调整亮度方向。

5. 生成 Keil 工程

点击：

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GENERATE CODE

打开 Keil 后先编译一次，确认 CubeMX 生成工程没问题。

Keil 工程生成和编译

打开 Keil 后，先编译：

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Build / F7

确认：

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0 Error(s)

然后看一下 main.c 或相关源文件里有没有：

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TIM_HandleTypeDef htim3;

以及初始化函数：

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MX_TIM3_Init();

如果你用的是 TIM2，那可能是：

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TIM_HandleTypeDef htim2;
MX_TIM2_Init();

后面的代码默认使用：

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htim3
TIM_CHANNEL_1

如果你用的是别的 TIM 或别的通道，需要改宏。

完整代码

这一篇新增两个文件：

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Core/Inc/app_pwm.h
Core/Src/app_pwm.c

main.c 只负责调用。

1. `Core/Inc/app_pwm.h`

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#ifndef APP_PWM_H
#define APP_PWM_H

#include "main.h"
#include <stdint.h>

void App_PWM_Init(void);
HAL_StatusTypeDef App_PWM_Start(void);
void App_PWM_SetDutyPermille(uint16_t duty_permille);
uint16_t App_PWM_GetDutyPermille(void);

#endif

这里我们用"千分比"设置占空比。

参数

含义

| --- | --- |

| 0 |

| 500 |

50%

| 1000 |

100%

为什么不用浮点数？

因为单片机里很多时候整数更简单、可控，也更适合新手先跑通。

2. `Core/Src/app_pwm.c`

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#include "app_pwm.h"

/*
 * Default PWM output is TIM3 Channel 1.
 * If your project uses another timer/channel, change these two macros.
 */
#ifndef APP_PWM_HANDLE
#define APP_PWM_HANDLE htim3
#endif

#ifndef APP_PWM_CHANNEL
#define APP_PWM_CHANNEL TIM_CHANNEL_2
#endif

/*
 * Set to 1 if your LED is active-low and the brightness appears reversed.
 */
#ifndef APP_PWM_INVERT_DUTY
#define APP_PWM_INVERT_DUTY 0u
#endif

extern TIM_HandleTypeDef APP_PWM_HANDLE;

static uint16_t s_duty_permille = 0;

void App_PWM_Init(void)
{
    s_duty_permille = 0;
    App_PWM_SetDutyPermille(0);
}

HAL_StatusTypeDef App_PWM_Start(void)
{
    return HAL_TIM_PWM_Start(&APP_PWM_HANDLE, APP_PWM_CHANNEL);
}

void App_PWM_SetDutyPermille(uint16_t duty_permille)
{
    uint32_t period_counts;
    uint32_t compare_counts;
    uint32_t output_duty;

    if (duty_permille > 1000u)
    {
        duty_permille = 1000u;
    }

    s_duty_permille = duty_permille;

#if APP_PWM_INVERT_DUTY
    output_duty = 1000u - duty_permille;
#else
    output_duty = duty_permille;
#endif

    period_counts = __HAL_TIM_GET_AUTORELOAD(&APP_PWM_HANDLE) + 1u;
    compare_counts = (period_counts * output_duty) / 1000u;

    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&APP_PWM_HANDLE, APP_PWM_CHANNEL, compare_counts);
}

uint16_t App_PWM_GetDutyPermille(void)
{
    return s_duty_permille;
}

这里有两个移植宏：

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#define APP_PWM_HANDLE htim3
#define APP_PWM_CHANNEL TIM_CHANNEL_2

如果你用 TIM2_CH2，就改成：

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#define APP_PWM_HANDLE htim2
#define APP_PWM_CHANNEL TIM_CHANNEL_2

如果亮度方向反了，就改：

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#define APP_PWM_INVERT_DUTY 1u

代码里这句很关键：

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period_counts = __HAL_TIM_GET_AUTORELOAD(&APP_PWM_HANDLE) + 1u;

为什么要 +1？

还是因为 ARR 从 0 开始计数。

如果 ARR 是 999，实际一个周期是 1000 个计数。

所以计算占空比时，要用：

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ARR + 1

这和第 10 篇讲的 Counter Period = 1000 - 1 是同一个逻辑。

3. 把 `app_pwm.c` 加入 Keil 工程

在 Keil 工程树里右键：

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Application/User/Core

选择：

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Add Existing Files to Group 'Application/User/Core'

加入：

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Core/Src/app_pwm.c

如果忘了添加，可能会报：

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undefined symbol App_PWM_Start
undefined symbol App_PWM_SetDutyPermille

【截图位置 9：Keil 工程树中 app_pwm.c 已加入】

main.c 调用方式

1. Includes 区域

找到：

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/* USER CODE BEGIN Includes */
/* USER CODE END Includes */

改成：

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/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "app_pwm.h"
/* USER CODE END Includes */

2. 初始化区域

确认 CubeMX 已经生成并调用：

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MX_TIM3_Init();

然后在：

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/* USER CODE BEGIN 2 */
/* USER CODE END 2 */

里面添加：

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/* USER CODE BEGIN 2 */
App_PWM_Init();
App_PWM_Start();
/* USER CODE END 2 */

注意顺序：

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先 MX_TIM3_Init()
再 App_PWM_Start()

因为 TIM 和 PWM 通道要先初始化，才能启动输出。

3. while 循环区域

找到：

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while (1)
{
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
  /* USER CODE END 3 */
}

改成：

bash 复制代码

while (1)
{
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
  static int32_t duty = 0;
  static int32_t step = 10;

  App_PWM_SetDutyPermille((uint16_t)duty);

  duty += step;
  if (duty >= 1000)
  {
    duty = 1000;
    step = -10;
  }
  else if (duty <= 0)
  {
    duty = 0;
    step = 10;
  }

  HAL_Delay(10);
  /* USER CODE END 3 */
}

这段代码的意思是：

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占空比从 0 慢慢加到 1000
再从 1000 慢慢减到 0
循环重复

HAL_Delay(10) 只是控制呼吸变化速度。

它不是在软件模拟 PWM。

PWM 波形是 TIM 硬件自己持续输出的。

主循环只是隔一小段时间改一次占空比。

编译、下载和验证

代码加完后，先编译：

bash 复制代码

Build / F7

确认：

bash 复制代码

0 Error(s)

然后下载程序。

正常现象：

bash 复制代码

LED 慢慢变亮
LED 慢慢变暗
循环重复

如果 LED 完全不亮，先别急着改代码。

先确认：

bash 复制代码

你接的那个引脚，真的配置成了 TIMx_CHy

这是 PWM 篇最常见的坑。

如果你有示波器，可以量 PWM 引脚。

你应该能看到高低电平快速切换，而且占空比会不断变化。

移植到其他板子的修改点

这篇的移植点主要有 9 个。

要改的地方

为什么要改

在哪里改

| --- | --- | --- |

PWM 引脚

不是所有 GPIO 都支持 PWM

CubeMX Pinout 和原理图

TIM 实例

不同芯片可用 TIM 不同

CubeMX Timers

PWM 通道

CH1/CH2/CH3/CH4 可能不同

CubeMX TIM Channel

Prescaler

决定 PWM 频率

CubeMX TIM 参数

Counter Period

决定 PWM 周期和调光分辨率

CubeMX TIM 参数

Pulse 初值

决定初始占空比

CubeMX PWM Channel

定时器句柄

| htim3

、htim2 不同

| APP_PWM_HANDLE |

通道宏

| TIM_CHANNEL_1/2/3/4

不同

| APP_PWM_CHANNEL |

LED 有效方向

有些低电平亮

| APP_PWM_INVERT_DUTY |

换板子的推荐顺序：

先看原理图，确认你要控制的 LED 接到哪个引脚；
在 CubeMX 里确认这个引脚能不能选 TIMx_CHy；
如果板载 LED 不支持 PWM，就外接 LED 到支持 PWM 的引脚；
配置 TIM Channel 为 PWM Generation CHx；
按 TIMx_CLK 计算 Prescaler 和 Counter Period；
生成代码后确认有 htimx 和 MX_TIMx_Init()；
修改 APP_PWM_HANDLE 和 APP_PWM_CHANNEL；
编译下载，先测试固定占空比；
再运行呼吸效果。

常见问题排查

1. LED 完全不亮

优先检查：

优先检查

具体方法

| --- | --- |

引脚是否支持 PWM

CubeMX 是否能选 TIMx_CHy

LED 是否接反

外接 LED 注意方向

限流电阻是否串联

防止电流过大

是否调用 App_PWM_Start()

必须启动 PWM 输出

| app_pwm.c

是否加入 Keil

Keil 工程树确认

TIM 句柄是否正确

| APP_PWM_HANDLE

是否和 htimx 一致

通道是否正确

| APP_PWM_CHANNEL

是否和 CubeMX 通道一致

2. LED 一直亮，不呼吸

可能原因：

while 循环里的呼吸代码没放进 USER CODE BEGIN 3；
App_PWM_SetDutyPermille() 没有被反复调用；
HAL_Delay(10) 改得太大，看起来变化很慢；
PWM 引脚其实没有接到 LED；
CubeMX 配置的不是 PWM Generation。

可以先手动测试：

bash 复制代码

设置 0
设置 500
设置 1000

看亮度是否明显变化。

3. 亮度方向反了

现象：

bash 复制代码

占空比变大，LED 反而变暗

说明 LED 可能是低电平有效。

把：

bash 复制代码

#define APP_PWM_INVERT_DUTY 0u

改成：

bash 复制代码

#define APP_PWM_INVERT_DUTY 1u

再编译下载。

4. 编译报 `htim3` 未定义

说明你的工程没有 htim3。

可能你配置的是 TIM2。

把：

bash 复制代码

#define APP_PWM_HANDLE htim3

改成：

bash 复制代码

#define APP_PWM_HANDLE htim2

如果是 TIM4，就改成 htim4。

5. 编译报 `undefined symbol App_PWM_Start`

通常是 app_pwm.c 没加入 Keil 工程。

解决方法：

右键 Application/User/Core；
选择 Add Existing Files to Group；
添加 Core/Src/app_pwm.c；
重新编译。

6. 呼吸效果不顺滑

可能原因有几个：

step 太大，占空比变化太粗；
HAL_Delay() 太大，变化间隔太长；
PWM 频率太低，人眼能看到闪烁；
LED 本身亮度变化不线性。

可以先试：

bash 复制代码

step = 5
HAL_Delay(5)

如果 PWM 频率太低，可以把 PWM 频率提高到 1 kHz 或更高。

7. 板载 LED 不能呼吸

很多板载 LED 接的引脚只是普通 GPIO，不一定支持 TIM PWM。

如果 CubeMX 里那个引脚选不到 TIMx_CHy，就不要强行用它做 PWM。

先外接一个 LED 到支持 PWM 的引脚。

等你理解 PWM 后，再根据具体板子找可用通道。

本篇小结

这一篇我们完成了 PWM 输出的第一个实验：

bash 复制代码

用 TIM PWM 改变 LED 亮度

你现在至少应该知道：

PWM 是快速高低电平切换，不是软件延时闪烁；
占空比越大，LED 平均亮度通常越高；
PWM 频率仍然由 TIM 时钟、Prescaler、Counter Period 决定；
ARR 从 0 开始计数，所以实际周期计数是 ARR + 1；
CCR/Pulse 决定高电平持续多久；
HAL_TIM_PWM_Start() 用来启动 PWM 输出；
__HAL_TIM_SET_COMPARE() 可以动态修改占空比；
PWM 必须使用支持 TIMx_CHy 复用功能的引脚；
换板子时重点检查 TIM、通道、引脚、频率和 LED 有效方向。

下一篇我们继续用 PWM：

STM32 无源蜂鸣器唱一声：PWM 频率和占空比怎么调。

LED 呼吸主要改的是占空比。

无源蜂鸣器更关心的是频率。

这两个合起来，你就会真正体会到定时器 PWM 的用处。

STM32 零基础可移植教程 11：PWM 输出，让 LED 呼吸起来