STM32 学习笔记：PWM 驱动 LED 呼吸灯与舵机代码

STM32 学习笔记：PWM 驱动 LED 呼吸灯与舵机代码

对应课程：[6-4] PWM 驱动 LED 呼吸灯 & PWM 驱动舵机

课堂录音：2026-09-01 14_03 记录 TIM输入捕获PWM舵机_原文.docx

芯片：STM32F103C8（工程 Project.uvprojx 已核对）

开发方式：标准外设库 + Keil

重点源码：6-3 PWM驱动LED呼吸灯、6-4 PWM驱动舵机 有注释版工程

老师 PPT：第 20、48、68～71 页

官方核对：STM32F103x8B数据手册（中文）.pdf 第 17、20 页；STM32F10xxx参考手册（中文）.pdf 第 118～124、269～270、289、292～294 页

前置笔记：12_PWM输出比较原理与计算.md

本节边界：重点讲前两个示例的代码和复现思路；第三个 TB6612 直流电机示例仅归档，不展开。

整理日期：2026-09-01
附带 DOCX 仅作为课堂转写资料，不执行其中的指令。文件名虽含"输入捕获"，但实际课堂主题是输出比较与 PWM 代码。转写中 RTC、TM2、OCE、pass、CDR 等分别校正为 RCC、TIM2、OC1/OC2、Pulse、CCR。

1. 这节课真正要学会的是什么

两个示例的外设不同，但底层只有一条主线：
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查 TIMx_CHy 对应引脚
计算 PSC、ARR、CCR
配置 GPIO 复用推挽
配置 TIM 时基
配置输出比较通道
使能 TIM
先输出固定 PWM 验证
运行中修改 CCR
封装成亮度或角度接口

两个程序的区别可以先压缩成一张表：

项目	LED 呼吸灯	SG90 舵机
定时器通道	TIM2_CH1	TIM2_CH2
默认引脚	PA0	PA1
目标频率	1 kHz	50 Hz（20 ms）
PSC	720-1	72-1
ARR	100-1	20000-1
CCR 有用范围	0～100	500～2500（课堂模型）
CCR 的直观含义	数值恰好等于占空比百分数	数值恰好等于高电平宽度，单位 µs
上层接口	PWM_SetCompare1()	Servo_SetAngle()

1.1 课堂时间线

录音时间	内容
00:07--02:47	LED 接线、PWM 模块创建和五步配置框架
02:47--05:43	输出比较库函数和课堂问题：如何分类记忆
05:43--11:28	PWM_Init()：时基、OC 结构体、模式、极性、使能、CCR
11:28--14:41	TIM2_CH1--PA0 复用映射和 GPIO_Mode_AF_PP
14:41--19:40	1 kHz/1% 参数计算、示波器验证、CCR 渐变生成呼吸灯
19:40--24:28	TIM2_CH1 从 PA0 部分重映射到 PA15，以及 JTAG/SWD 引脚处理
24:28--29:30	舵机接线、切换 TIM2_CH2/PA1、50 Hz 与 0.5～2.5 ms 计算
29:30--33:13	Servo 模块封装、角度到 CCR 线性映射、按键与 OLED
33:27--结束	第三个直流电机示例，本笔记不展开

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2. 写代码前先把硬件链路想明白

图 1　老师 PPT 第 68 页：PWM 的时基单元、输出比较单元和 GPIO 信号链。

2.1 为什么 GPIO 一定要用复用推挽

图 2　老师 PPT 第 20 页：输出驱动器前可在 GPIO 输出数据和片上外设输出之间选择。

GPIO_Mode_Out_PP 时，控制源是 GPIO 的 ODR/BSRR；GPIO_Mode_AF_PP 时，控制源切换为定时器输出比较通道。

普通推挽：CPU 写 ODR/BSRR → 引脚高低电平
复用推挽：TIM2_CHx 的 OCx 波形 → 引脚高低电平

如果定时器已经在内部计数，但引脚还配成普通输出，内部 OCxREF 再正确也无法通过引脚输出。

2.2 为什么 CH1 不能随便接任意 GPIO

定时器通道与引脚之间是芯片内部已布线的复用关系。STM32F103C8 的 TIM2 默认映射为：

TIM2 通道	默认 GPIO
CH1/ETR	PA0
CH2	PA1
CH3	PA2
CH4	PA3

这个结论应查 STM32F103x8B数据手册 第 17、20 页的引脚定义/复用功能表，不是从库函数名猜出来的。

2.3 为什么不需要 NVIC 和中断

这两个例子都是硬件 PWM：CNT 计数、CNT--CCR 比较、引脚翻转都由 TIM2 内部自动完成。CPU 只在需要改亮度或角度时写一次 CCR，所以不需要：

• TIM_ITConfig()；
• NVIC_Init()；
• TIM2_IRQHandler()。

这也是硬件 PWM 比在定时中断里手动翻转 GPIO 更稳定的原因。

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3. 课堂问题：PWM 相关函数怎样分类记忆

录音 05:09 的 「列一个表格，帮我总结一下PWM的相关函数？？？」 可以按"必须掌握"和"特殊功能了解"分类：

3.1 必须掌握

函数	作用	最终影响的硬件
TIM_TimeBaseInit()	配置时基	PSC、ARR、计数方向
TIM_OCStructInit()	先给 OC 结构体全成员默认值	避免未赋值成员带随机值
TIM_OC1Init() ～ TIM_OC4Init()	配置对应输出比较通道	CCMRx、CCER、CCRx
TIM_SetCompare1() ～ TIM_SetCompare4()	运行中改对应 CCR	改占空比/脉宽
TIM_Cmd()	启停定时器	CR1.CEN

3.2 本节了解即可

函数类别	用途
TIM_ForcedOCxConfig()	强制通道为有效/无效电平
TIM_OCxPreloadConfig()	使 CCR 新值在更新事件时统一生效
TIM_OCxFastConfig()	单脉冲等特殊场景的快速比较
TIM_ClearOCxRef()	外部事件清除 OCxREF
TIM_OCxPolarityConfig()	运行中单独改输出极性
TIM_CCxCmd() / TIM_CCxNCmd()	单独使能主通道/互补通道
TIM_SelectOCxM()	运行中单独改输出比较模式

记忆方法：初始化时用 TIM_OCxInit()，运行时最常用 TIM_SetComparex()。

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4. 两个示例共用的 PWM_Init() 思维

以 LED 工程的 Hardware/PWM.c 为基准，初始化可拆成 6 个硬件问题。

4.1 打开 TIM2 和 GPIOA 时钟

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

• TIM2 挂在 APB1，所以用 RCC_APB1PeriphClockCmd()；
• GPIOA 挂在 APB2，所以用 RCC_APB2PeriphClockCmd()；
• 开 GPIOA 时钟不等于开 TIM2 时钟，两条时钟链都要打通。

本工程默认时钟树下 TIM2 的计时器输入时钟为 72 MHz。注意 APB1 总线频率通常是 36 MHz，但 APB1 预分频器不为 1 时，定时器时钟会按 STM32F1 规则倍频。移植到其他时钟配置时，不能永远假设是 72 MHz。

4.2 把引脚交给 TIM2

LED 例子：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

舵机例子只把 GPIO_Pin_0 改为 GPIO_Pin_1。50MHz 是 STM32F1 GPIO 输出级的速度档位，不是 PWM 频率。

4.3 选择内部时钟

TIM_InternalClockConfig(TIM2);

TIM 复位后默认就是内部时钟，不写通常也能工作。老师保留它是为了让"时钟源选择"这一步显式、便于以后改外部时钟时对照。

4.4 配置时基单元

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = ARR;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = PSC;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);

成员	真正含义
TIM_ClockDivision	数字滤波/死区采样基准，不是 PSC，本例不直接影响 CNT
TIM_CounterMode_Up	CNT 从 0 数到 ARR
TIM_Period	写 ARR，决定一个周期有几个计数拍
TIM_Prescaler	写 PSC，决定 CNT 每秒走几拍
TIM_RepetitionCounter	高级定时器功能，TIM2 不使用

4.5 配置输出比较通道

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;

TIM_OCStructInit() 不是"可有可无的格式"。TIM_OCInitTypeDef 还有高级定时器会用到的成员；局部变量若没有全部赋值，未赋值成员会带不确定值。先用库函数赋默认值，再覆盖本例需要的成员，移植到 TIM1 时更安全。

配置	为什么这样选
TIM_OCMode_PWM1	向上计数时，CNT<CCR 为有效
TIM_OCPolarity_High	有效电平为高；与 LED 正极接信号、舵机高脉冲命令一致
TIM_OutputState_Enable	打开对应 CCx 通道输出
TIM_Pulse=0	初始 CCR=0，先从 0%/无高脉冲开始

然后根据使用的通道调用：

TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  // CH1 / PA0
// 或
TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  // CH2 / PA1

4.6 启动定时器

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

这一行设置 CR1.CEN。之前的代码只是把参数写入定时器，到这里 CNT 才开始计数。

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5. 示例一：PWM 驱动 LED 呼吸灯

5.1 硬件连接与极性

图 3　配套源码 6-3 PWM驱动LED呼吸灯 接线图：LED 正极接 PA0，负极接 GND。

这是高电平点亮的正极性接法：

PA0高 → 有电流流过LED → 亮
PA0低 → 无压差 → 灭
占空比大 → 平均电流大 → 更亮

**硬件勘误：**配套接线图画的是裸 LED 直接 PA0，没有画串联限流电阻。复现时应在 LED 回路串联限流电阻，常见可先用 330 Ω～1 kΩ。若使用已自带限流电阻的 LED 模块，则按模块标注接线。

5.2 先从需求反推参数

老师先设定：

• PWM 频率 1 kHz；
• 占空比可以 0%～100% 调节；
• 最小步进 1%。

图 4　老师 PPT 第 69 页：频率、占空比和分辨率公式。

1% 分辨率先决定 ARR：

1 A R R + 1 = 1 % ⇒ A R R + 1 = 100 ⇒ A R R = 99 \frac{1}{ARR+1}=1\%\Rightarrow ARR+1=100\Rightarrow ARR=99 ARR+11=1%⇒ARR+1=100⇒ARR=99

再用 72 MHz 和 1 kHz 反推 PSC：

1000 = 72   000   000 ( P S C + 1 ) × 100 1000=\frac{72\,000\,000}{(PSC+1)\times100} 1000=(PSC+1)×10072000000

P S C + 1 = 720 ⇒ P S C = 719 PSC+1=720\Rightarrow PSC=719 PSC+1=720⇒PSC=719

因此源码写：

TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;

这个参数组还有一个很好的教学特点：

D = C C R 100 D=\frac{CCR}{100} D=100CCR

所以 CCR=37 恰好是 37%，数值很直观。CNT 每拍 10 µs，100 拍组成 1 ms周期。

5.3 LED 版 PWM_Init() 完整核心代码

void PWM_Init(void)
{
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    TIM_InternalClockConfig(TIM2);

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);

    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;
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

定时器会一直输出 1 kHz、初始 0% 的 PWM。之后的呼吸动画不需要重新初始化 TIM2，只要改 CCR1：

void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{
    TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);
}

这个封装的信号链是：
#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX p{margin:0;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .label text,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .node rect,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .node circle,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .node ellipse,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .node polygon,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .rough-node .label text,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .node .label text,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .image-shape .label,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .rough-node .label,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .node .label,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .image-shape .label,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .icon-shape,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .icon-shape p,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-H2oXR0f3t2VB7hvX :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} PWM_SetCompare1 i
TIM_SetCompare1
写 TIM2_CCR1
改变 CNT与CCR1 交点
改变 CH1 高电平宽度
PA0 PWM
LED 平均亮度改变

5.4 main.c 为什么能变成呼吸灯

uint8_t i;

int main(void)
{
    OLED_Init();
    PWM_Init();

    while (1)
    {
        for (i = 0; i <= 100; i++)
        {
            PWM_SetCompare1(i);
            Delay_ms(10);
        }
        for (i = 0; i <= 100; i++)
        {
            PWM_SetCompare1(100 - i);
            Delay_ms(10);
        }
    }
}

第一个 for 循环让 CCR1 从 0 变到 100，占空比从 0% 变到 100%，LED 逐渐变亮。第二个循环做相反的事，LED 逐渐变暗。

每步延时 10 ms，单程约有 101 步，因此变亮约 1.01 s，变暗约 1.01 s，完整呼吸周期约 2.02 s（不计函数执行时间）。

Delay_ms(10) 不是 PWM 的周期。PWM 由 TIM2 在后台以 1 kHz 连续运行；这个延时只决定 CPU 多久改一次 CCR，即"呼吸速度"。

5.5 先别急着写呼吸循环

最容易定位故障的复现顺序是：

1. 只调 PWM_Init()，把 TIM_Pulse 或 PWM_SetCompare1() 固定为 50；
2. 确认 LED 中等亮度；
3. 有示波器/逻辑分析仪时，验证周期 1 ms、高电平 0.5 ms；
4. 再测 CCR=10、CCR=90，确认频率不变，只改脉宽；
5. 最后才加两个 for 循环。

如果一开始就写全部动画逻辑，出问题时就很难区分是 PWM 初始化错，还是循环/延时错。

---

6. LED 例子中的可选内容：TIM2 重映射到 PA15

图 5　老师 PPT 第 48 页：AFIO 负责外设引脚重映射。

默认使用 PA0 时不需要 AFIO。只有想把 TIM2_CH1 挪到 PA15 时，才需要解除源码中的注释：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);

并把 GPIO 从 GPIO_Pin_0 改成 GPIO_Pin_15。

逻辑上分三件事：

1. 打开 AFIO 时钟；
2. 选择 TIM2 部分重映射 1，将 CH1/ETR 改到 PA15；
3. PA15 默认是 JTAG 调试引脚 JTDI，所以关掉 JTAG，但保留 SWD。

不要随手调用完全关闭 SWJ 的选项，否则 PA13/PA14 的 SWD 也会丢失，ST-Link 可能无法继续下载。TIM2 重映射关系可查参考手册第 118～124 页的 AFIO 重映射表和 AFIO_MAPR。

---

7. 示例二：PWM 驱动 SG90 舵机

7.1 先分清"供电"和"命令"

图 6　配套源码 6-4 PWM驱动舵机 接线图：舵机信号线接 PA1，按键接 PB1。

舵机三根线的作用：

常见颜色	作用	课堂接法
棕/黑	GND	与 STM32 GND 共地
红	舵机功率电源	5 V
橙/黄	PWM 命令信号	PA1 / TIM2_CH2

舵机的 PWM 线只传递位置命令，不为电机线圈供电。供电地和 STM32 地必须连在一起，否则 3.3 V PWM 没有共同电平参考。

**供电修正：**课堂与配套图从 ST-Link 5 V 给舵机供电，简单空载演示可能能工作，但不应把它视为所有情况都可靠的方案。舵机启动和堵转电流较大，正式复现建议使用有足够电流余量的独立稳压 5 V 电源，并与 STM32 共地。

7.2 PPT 与当前源码的引脚差异

图 7　老师 PPT 第 71 页：概念图将舵机 PWM 标为 PA0。

PPT 第 71 页画的是 PA0，但本次 6-4 PWM驱动舵机 实际工程和配套接线图均使用 PA1/TIM2_CH2。

复现本工程时以源码为准：橙色 PWM 信号线接 PA1。若想改用 PA0，必须同时把 GPIO、TIM_OC2Init、TIM_SetCompare2 改为 CH1 对应版本，不能只换实物线。

7.3 舵机需要什么 PWM

图 8　老师 PPT 第 70 页：本课采用 20 ms 周期、0.5～2.5 ms 高脉宽映射 0～180°。

本课模型：

• 周期 20 ms，频率 50 Hz；
• 0.5 ms 高电平 → 0°；
• 1.5 ms 高电平 → 90°；
• 2.5 ms 高电平 → 180°。

这里舵机解码的是"高电平持续了多少微秒"，不是把 2.5%～12.5% 占空比当成给电机的平均电压。

0.5～2.5 ms 是课堂采用的 SG90 映射。不同舵机、不同批次的可靠端点可能不同，初次使用应查模块资料并从中位置向两端逐步试探。

7.4 为什么舵机参数是 72-1、20000-1

先把 CNT 设成每 1 µs 走一格：

f C N T = 72   M H z 72 = 1   M H z f_{CNT}=\frac{72\,MHz}{72}=1\,MHz fCNT=7272MHz=1MHz

因此：

TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;

20 ms 共有 20 000 个 1 µs：

TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 20000 - 1;

这样一来：

f P W M = 72   000   000 72 × 20000 = 50   H z f_{PWM}=\frac{72\,000\,000}{72\times20000}=50\,Hz fPWM=72×2000072000000=50Hz

而 CCR 的数值可以直接当作微秒：

CCR2	高电平宽度	占空比	课堂角度
500	500 µs	2.5%	0°
1500	1500 µs	7.5%	90°
2500	2500 µs	12.5%	180°

这是一种很好的参数设计思路：不只追求公式算对，还让寄存器数值具有直观的物理单位。

7.5 舵机版 PWM_Init() 与 LED 版的差异

共享部分不再重复，需要同时改的只有三组：

/* 1. 通道引脚：TIM2_CH2 默认是 PA1 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;

/* 2. 50 Hz，1 µs/计数拍 */
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 20000 - 1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;

/* 3. 配置通道2 */
TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

运行时改 CCR2：

void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare)
{
    TIM_SetCompare2(TIM2, Compare);
}

这里有一个必须整体替换的"通道套件"：

CH1 版：PA0 + TIM_OC1Init + TIM_SetCompare1 + CCR1
CH2 版：PA1 + TIM_OC2Init + TIM_SetCompare2 + CCR2

只改其中一项，就会出现"编译通过但引脚没波形"。

7.6 为什么要再封装一层 Servo

底层 PWM 接口：

PWM_SetCompare2(1500);

对定时器很直观，但对应用层不直观：1500 是微秒，还是占空比，还是角度？

老师因此增加 Servo.c：

void Servo_Init(void)
{
    PWM_Init();
}

void Servo_SetAngle(float Angle)
{
    PWM_SetCompare2(Angle / 180 * 2000 + 500);
}

现在上层可以直接写：

Servo_SetAngle(90);

调用链变成：
#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr p{margin:0;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .label text,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .node rect,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .node circle,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .node ellipse,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .node polygon,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .rough-node .label text,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .node .label text,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .image-shape .label,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .rough-node .label,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .node .label,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .image-shape .label,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .icon-shape,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .icon-shape p,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-v42sp1l64fyST3Dr :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} Servo_SetAngle Angle
0~180度 线性映射
500~2500 µs
PWM_SetCompare2
写 TIM2_CCR2
TIM2_CH2 生成高脉冲
PA1
舵机内部控制器解码角度

7.7 角度映射公式怎样推出

输入范围 0～180，输出范围 500～2500。输出跨度是 2500-500=2000，所以：

C C R = 500 + A n g l e 180 × 2000 CCR=500+\frac{Angle}{180}\times2000 CCR=500+180Angle×2000

验证端点：

Angle = 0   → CCR = 500
Angle = 90  → CCR = 1500
Angle = 180 → CCR = 2500

源码中 Angle 是 float，因此 Angle / 180 会做浮点运算。若以后改成整数参数，不要写成先做整数除法的形式，否则 0～179 都可能被截成 0。

更明确的写法是：

float compare = 500.0f + Angle * (2000.0f / 180.0f);
PWM_SetCompare2((uint16_t)compare);

7.8 对源码的安全性补强

原版 Servo_SetAngle() 默认调用者一定传入 0～180。当 Angle<0 或 Angle>180 时，它会生成超出课堂范围的脉宽。复现成功后，可以再增加边界保护：

void Servo_SetAngle(float Angle)
{
    uint16_t Compare;

    if (Angle < 0.0f)
    {
        Angle = 0.0f;
    }
    if (Angle > 180.0f)
    {
        Angle = 180.0f;
    }

    Compare = (uint16_t)(500.0f + Angle * (2000.0f / 180.0f) + 0.5f);
    PWM_SetCompare2(Compare);
}

+0.5f 是在转成整数微秒前做四舍五入。这是"工程增强版"，不是录音中老师的原始代码。

7.9 main.c 的上层逻辑

uint8_t KeyNum;
float Angle;

int main(void)
{
    OLED_Init();
    Servo_Init();
    Key_Init();

    OLED_ShowString(1, 1, "Angle:");

    while (1)
    {
        KeyNum = Key_GetNum();
        if (KeyNum == 1)
        {
            Angle += 30;
            if (Angle > 180)
            {
                Angle = 0;
            }
        }

        Servo_SetAngle(Angle);
        OLED_ShowNum(1, 7, Angle, 3);
    }
}

这里的分层非常重要：

层级	关心的问题
main.c	按键如何改角度，OLED 显示什么
Servo.c	角度如何变成高电平微秒数
PWM.c	TIM2_CH2 如何产生指定脉宽
标准库	如何写 CCR2、CCMR1、CCER、PSC、ARR
硬件	PA1 输出波形，舵机内部解码

这样封装后，如果以后换了舵机脉宽范围，主要改 Servo.c；换了定时器或引脚，主要改 PWM.c；main.c 的业务逻辑不必跟着大改。

---

8. 用同一个定时器输出多路 PWM 时要知道什么

TIM2_CH1～CH4 共享一套 PSC、ARR、CNT，但各自有 CCR1～CCR4。所以：

• 同一个 TIM 的多个通道天然共享频率；
• 各通道可以有不同占空比；
• 边沿基于同一 CNT，波形周期起点同步。

因此 LED 的 1 kHz 和舵机的 50 Hz 不能在当前两个独立工程的参数下，简单合并到同一个 TIM2 同时输出。要同时保留 1 kHz LED PWM 和 50 Hz 舵机 PWM，通常应让它们使用不同定时器，或重新设计整个时序方案。

---

9. 复现一个新 PWM 项目的通用思路

不要从"复制 PWM.c"开始，而要先写一张参数单。

第 1 步：定义负载需求

需要固定频率还是固定脉宽？
需要多大的占空比范围？
需要多细的步进？
高电平有效还是低电平有效？

第 2 步：先查引脚，再选通道

1. 在数据手册查空闲 GPIO 是哪个 TIMx_CHy；
2. 确认是默认映射还是重映射；
3. 记下定时器挂在 APB1 还是 APB2；
4. 确认该引脚没有与 OLED、串口、调试口等冲突。

第 3 步：确认真实 f_TIM

从 RCC 时钟树出发，不要盲抄 72 MHz。记录：

f_TIM = ______ Hz

第 4 步：设计计数拍的物理单位

• LED 例子：让 100 拍等于一周期，CCR 直接等于百分数；
• 舵机例子：让 1 拍等于 1 µs，CCR 直接等于脉宽微秒数。

能让数值带有直观单位，后续封装和调试会简单很多。

第 5 步：建立"通道套件"

TIMx = ______
CHy = ______
GPIO = ______
TIM_OCyInit = ______
TIM_SetComparey = ______
CCRy = ______

换通道时逐项核对，不要只搜索替换一个数字。

第 6 步：先输出一个固定波形

先不接按键、OLED、呼吸循环、角度算法。只做：

PWM_Init();
PWM_SetComparex(一个容易验证的固定值);

先验证引脚、频率、脉宽、极性，再加动态逻辑。

第 7 步：最后做应用层封装

• 呼吸灯封装"亮度 0～100"；
• 舵机封装"角度 0～180"；
• 调用者不应需要知道 CCR 的具体数字。

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10. 故障定位表

现象	优先检查	原因逻辑
编译通过，引脚没波形	TIM_Cmd、TIM_OutputState_Enable、TIM/GPIO 时钟	定时器未启动或通道被关闭
某个引脚没波形，其他引脚有	GPIO--CH 映射、TIM_OCxInit	引脚和通道不是一套
使用 PA15 后仍没波形	AFIO 时钟、TIM2 重映射、JTAG 释放	PA15 默认还被 JTDI 占用
LED 亮暗反了	LED 接法、TIM_OCPolarity	有效电平与外部电路极性不匹配
LED 一直亮/一直灭	CCR 范围、通道函数、循环	CCR 没被改或写错 CCRy
LED 看不出呼吸	Delay_ms(10)、占空比范围	CCR 变化太快或幅度太小
舵机完全不动	5 V 供电、共地、PA1 波形	PWM 信号线不是功率电源
舵机抖动/MCU 复位	电源电流余量、去耦、共地	舵机启动电流造成供电跌落
舵机顶住嗡响	脉宽是否超出实际端点	机械已到限位，但控制器还在继续用力
频率恰好差 2 倍	APB 定时器倍频规则	把 PCLK1 直接当成 TIM2CLK
改了 ARR 后 CCR 含义变了	重新计算 CCR/(ARR+1)	TIM_SetComparex() 写的是 CCR，不是天然的百分比

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11. 源码与资料中需要记住的勘误

1. DOCX 文件名不准确：本课是输出比较 PWM，不是输入捕获。
2. PPT 与源码引脚不同 ：PPT 舵机图写 PA0，当前 6-4 源码使用 PA1/TIM2_CH2。
3. LED 图省略了限流电阻：裸 LED 复现时必须串联限流电阻。
4. 舵机供电是演示接法：ST-Link 5 V 并非所有舵机负载下都可靠，正式使用建议独立 5 V 电源并共地。
5. 舵机版 PWM_SetCompare2() 注释过期：源码注释仍写"范围 0～100"，这是从 LED 工程复制后未更新；本工程 ARR=19999，舵机实际使用 500～2500。
6. Servo_SetAngle() 未限幅 ：当前 main.c 保证 Angle 是 0～180，但函数自身没防止非法输入。
7. CCR 不总是占空比百分数 ：LED 例子只因 ARR+1=100 才看起来相等；舵机例子中 CCR 是微秒数。
8. 运行中直接改 CCR 的边界 ：原工程未开启 OC 预装载，入门实验可工作；对无毛刺更新要求更高时，可启用 TIM_OCxPreloadConfig() 和 ARR 预装载，让参数在更新事件边界生效。

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12. 两个示例的最小复现检查表

12.1 LED 呼吸灯

• 裸 LED 已串限流电阻；
• LED 正极接 PA0，负极通过限流电阻接 GND；
• TIM2_CH1 与 PA0 使用默认映射；
• GPIOA 配成 PA0 复用推挽；
• PSC=719，ARR=99；
• OC1 使用 PWM1、高极性、输出使能；
• 先用 CCR1=50 验证 1 kHz/50%；
• 最后加 0→100→0 循环。

12.2 SG90 舵机

• 供电已确认为合适的 5 V，电流余量足够；
• 舵机电源地和 STM32 GND 已共地；
• PWM 信号线接 PA1，不是照 PPT 概念图接 PA0；
• GPIOA 配成 PA1 复用推挽；
• PSC=71，ARR=19999；
• OC2 使用 PWM1、高极性、输出使能；
• 先测 CCR2=1500，验证 50 Hz/1.5 ms；
• 再小心测 500 和 2500，观察机械端点；
• 最后加 Servo_SetAngle()、按键和 OLED。

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13. 复习自测

1. 为什么定时器输出 PWM 时 GPIO 要配成 GPIO_Mode_AF_PP？
2. TIM2_CH1 和 TIM2_CH2 在默认映射下分别对应哪个引脚？
3. 为什么两个示例都不需要 NVIC？
4. LED 例子中为什么 CCR 恰好等于占空比百分数？
5. Delay_ms(10) 改变的是 PWM 频率还是呼吸速度？
6. 舵机例子中为什么 CCR=1500 可以直接理解为 1.5 ms？
7. 从 CH1 改成 CH2 时，哪四个"通道套件"要同步替换？
8. PPT 舵机图和当前源码引脚不同时，应以什么为准？
9. 为什么不建议盲目用 ST-Link 5 V 长期给舵机供电？
10. 如果想同时保留 1 kHz LED PWM 和 50 Hz 舵机 PWM，为什么不能简单使用 TIM2_CH1 和 TIM2_CH2？

答案要点

1. 要把引脚输出驱动的控制权交给定时器通道。
2. CH1--PA0，CH2--PA1。
3. PWM 由定时器硬件自动生成，CPU 不需逐周期处理。
4. 因为 ARR+1=100，所以 Duty=CCR/100。
5. 呼吸速度；PWM 仍由 TIM2 以 1 kHz 运行。
6. PSC 已把 CNT 设成 1 µs/拍，因此 CCR 的计数拍数就等于微秒数。
7. GPIO、TIM_OCxInit、TIM_SetComparex、CCRx。
8. 复现当前项目时以经核对的源码、配套接线图和数据手册为准。
9. 舵机启动/堵转电流可超出供电链能力，造成跌压、抖动或 MCU 复位。
10. 同一 TIM 的通道共享 PSC、ARR、CNT，因而共享频率。

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14. 资料与页码索引

资料	位置	用途
课堂录音转写	2026-09-01 14_03 记录 TIM输入捕获PWM舵机_原文.docx，00:07--33:13	两个示例的讲解顺序、库函数、调试与现象
LED 工程	STM32Project-有注释版/6-3 PWM驱动LED呼吸灯/Hardware/PWM.c、User/main.c	TIM2_CH1/PA0、1 kHz PWM、CCR 渐变
舵机工程	STM32Project-有注释版/6-4 PWM驱动舵机/Hardware/PWM.c、Servo.c、User/main.c	TIM2_CH2/PA1、50 Hz PWM、角度封装
源码接线图	1-1 接线图/6-3 PWM驱动LED呼吸灯.jpg	LED 引脚与极性；需额外注意限流电阻
源码接线图	1-1 接线图/6-4 PWM驱动舵机.jpg	PA1、PB1、5 V、GND 连接
老师 PPT	第 20 页	GPIO 普通输出与复用输出的内部通路
老师 PPT	第 48 页	AFIO 复用和重映射概念
老师 PPT	第 68～69 页	PWM 基本结构和参数公式
老师 PPT	第 70～71 页	舵机脉宽模型和概念接线
STM32F103x8B 数据手册	PDF 第 17、20 页	PA0/TIM2_CH1、PA1/TIM2_CH2 默认复用关系
STM32F10xxx 参考手册	PDF 第 118～124 页	SWJ 引脚、TIM2 重映射和 AFIO_MAPR
STM32F10xxx 参考手册	PDF 第 269～270 页	输出比较配置步骤和 PWM 模式 1/2
STM32F10xxx 参考手册	PDF 第 289、292～294 页	OCxM、OCxPE、CCxP、CCxE、PSC、ARR、CCRx

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15. 一句话总结

复现 PWM 项目的关键不是背 PWM_Init()，而是从负载需要的频率和脉宽出发，先查清 TIMx_CHy--GPIO 映射，再设计 PSC/ARR/CCR，把 GPIO 交给复用通道，先验证固定波形，最后才把 CCR 封装为"亮度"或"角度"这种上层物理量。