2. PWM信号生成方法：硬件定时器与软件模拟

生成PWM信号，说白了就两条路：用硬件定时器，或者用软件模拟。两条路我都走过，踩过不少坑。今天跟你聊聊我的体会。

2.1 硬件定时器生成PWM

硬件定时器是MCU内部专门干这活的模块。你配置好周期和占空比，它自己就干活了，CPU几乎不用管。

我最早用STM32的TIM做PWM驱动舵机。配置起来其实不复杂，核心就三步：

1. 设置定时器的时钟源和预分频，决定计数频率
2. 配置自动重装载值（ARR），决定PWM周期
3. 设置比较值（CCR），决定占空比

下面是一个典型的配置代码，我用的是STM32 HAL库：

// 假设定时器时钟为72MHz，预分频72-1，计数频率1MHz
// 目标PWM频率 = 1MHz / (ARR+1)
// 目标占空比 = CCR / (ARR+1)

TIM_HandleTypeDef htim2;
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 71;        // 72分频，计数频率1MHz
htim2.Init.Period = 999;          // ARR=999，PWM频率=1kHz
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
HAL_TIM_PWM_Init(&htim2);

TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse = 500;            // CCR=500，占空比50%
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);

配置完，TIM2_CH1引脚上就有稳定的1kHz、50%占空比的PWM信号了。CPU可以去做别的事，比如处理传感器数据、跑通信协议。

2.2 软件模拟PWM

有时候MCU的硬件定时器不够用，或者引脚被占用了。这时候就得用软件模拟。

软件模拟的原理很简单：用通用定时器产生固定频率的中断，在中断服务函数里翻转GPIO电平。我举个最基础的例子：

// 使用SysTick定时器，每100us中断一次
// 目标PWM频率 = 1 / (100us × 周期计数值)
// 假设周期计数值=100，则PWM频率=100Hz

volatile uint16_t pwm_counter = 0;
volatile uint16_t pwm_period = 100;    // 周期
volatile uint16_t pwm_duty = 50;       // 占空比

void SysTick_Handler(void) {
    pwm_counter++;
    if (pwm_counter >= pwm_period) {
        pwm_counter = 0;
    }
    if (pwm_counter < pwm_duty) {
        GPIO_SetPin(HIGH);   // 输出高电平
    } else {
        GPIO_SetPin(LOW);    // 输出低电平
    }
}

这段代码能工作，但有个致命问题：中断里不能做复杂运算，否则会影响PWM的精度。我曾经在一个项目里用软件模拟同时控制4路PWM，结果中断服务函数越来越长，最后PWM波形抖得没法看。

2.3 两种方法的对比

我整理了一个对比表，方便你选型时参考：

对比项	硬件定时器	软件模拟
CPU占用	几乎为零	高（每个周期都要进中断）
精度	高（ns级）	低（受中断延迟影响）
抖动	极小	较大（中断嵌套时更明显）
通道数	受硬件限制（通常2~4路）	理论上无限（但CPU扛不住）
频率范围	宽（从几Hz到MHz）	窄（通常几百Hz以内）
实现难度	中等（需配置寄存器）	低（几行代码就能跑）
适用场景	电机控制、电源、精密调光	LED闪烁、蜂鸣器、简单调速

2.4 混合方案：硬件定时器+软件扩展

有些场景下，硬件定时器数量有限，但你又需要多路PWM。这时候可以试试混合方案。

我记得有个项目需要控制6个舵机，但MCU只有4路硬件PWM。我的做法是：

• 4路关键舵机用硬件PWM，保证精度
• 2路非关键舵机用软件模拟，频率降低到50Hz（舵机标准频率）

这样既保证了核心功能，又节省了硬件资源。代码上只需要把软件模拟的中断优先级设低一些，避免影响硬件PWM的时序。

2.5 知识结构图

下面这张图总结了PWM生成的三种路径，以及各自的适用边界：

2.6 避坑指南

最后分享几个我踩过的坑：

• 中断优先级设置不当：软件模拟PWM的中断优先级如果设得太高，会阻塞其他关键中断（比如通信、ADC）。我曾经把PWM中断优先级设成最高，结果UART接收丢包严重。后来把PWM中断优先级降到中等，问题解决。
• 忘记考虑GPIO翻转速度：有些MCU的GPIO翻转速度有限，比如50MHz的芯片，GPIO翻转可能只有10MHz。如果你要生成1MHz以上的PWM，得确认GPIO能不能跟上。
• 硬件PWM的互补输出：做H桥驱动时，需要互补PWM带死区。硬件定时器通常支持这个功能，但软件模拟实现起来非常麻烦。我建议这种场景别省硬件资源。