1. PWM 基础概念：从原理到实战
各位同学，咱们今天聊聊 PWM。说实在的，这玩意儿在嵌入式领域太常见了。我刚开始学单片机那会儿，总觉得 PWM 是个挺玄乎的东西——不就是方波嘛，有啥好讲的？后来做项目多了才发现，越是基础的东西，理解透了越能玩出花来。
1.1 什么是 PWM？
PWM，全称 Pulse Width Modulation，中文叫脉冲宽度调制。说白了，就是通过调节脉冲的宽度来控制平均电压。
你想想看，如果我们有一个开关，一秒钟开关 1000 次，每次开的时间不一样，那负载上得到的平均电压也就不一样。这就是 PWM 的核心思想——用数字信号模拟模拟量。
核心公式：
平均电压 = 高电平电压 × 占空比
比如 5V 系统，占空比 50%，平均电压就是 2.5V
我在做第一个智能灯项目时，就用了 PWM 调光。当时客户要求灯光从 0% 到 100% 平滑变化，我直接用定时器输出 PWM，占空比从 0 逐步增加到 100%，效果非常顺滑。嗯，这里要注意——如果步进太大，人眼能感觉到闪烁，那就翻车了。
1.2 PWM 的两个关键参数
搞懂 PWM，你只需要抓住两个东西：频率和占空比。
| 参数 | 定义 | 单位 | 典型值 |
|---|---|---|---|
| 频率 | 每秒钟脉冲重复的次数 | Hz | 50Hz ~ 几十 kHz |
| 占空比 | 高电平时间占整个周期的比例 | % | 0% ~ 100% |
频率怎么选？
- 控制舵机：50Hz（周期 20ms），这是舵机标准协议
- 电机调速：几百 Hz 到几十 kHz，太低会听到啸叫
- LED 调光：100Hz 以上，避免人眼感知闪烁
占空比怎么用？
- 占空比 0%：一直低电平，相当于关
- 占空比 100%：一直高电平，相当于开
- 占空比 50%：一半时间高，一半时间低
我的经验：做电机调速时，频率别选太低。我曾经试过 50Hz 驱动直流电机，结果电机嗡嗡响，转速还不稳。后来换成 1kHz，问题就解决了。频率太低，电机线圈会感受到明显的脉冲，而不是平滑的电流。
1.3 PWM 的典型应用场景
PWM 的应用范围很广，我挑三个最常见的说说。
电机调速
直流电机的转速和两端电压成正比。通过 PWM 调节平均电压，就能控制转速。占空比越大，电机转得越快。
- 占空比 0%：电机停转
- 占空比 50%：半速运转
- 占空比 100%：全速运转
我做过一个智能小车项目，用 PWM 控制两个轮子的转速差来实现转向。左轮 PWM 大一点，车子就往右拐。原理很简单，但调参调了我一下午——两个电机的特性不完全一样，得做校准。
灯光调光
LED 的亮度和电流有关，但更常用的方法是 PWM 调光。人眼有视觉暂留效应，只要频率够高，看到的亮度就是平均亮度。
- 频率建议：200Hz ~ 1kHz
- 占空比 10%：微光
- 占空比 90%：接近最亮
注意：LED 调光时，频率不能太低。低于 100Hz 人眼能感觉到闪烁，长时间看会眼睛疲劳。我见过有人用 50Hz 做台灯调光，用户反馈眼睛酸——这就是频率没选对。
舵机控制
舵机是咱们这门课的重点。标准舵机通过 PWM 信号控制角度，协议很固定：
- 频率：50Hz（周期 20ms）
- 高电平时间 0.5ms：0°
- 高电平时间 1.5ms：90°
- 高电平时间 2.5ms：180°
说白了，就是通过改变高电平的宽度，告诉舵机"转到哪个位置"。这个咱们后面会详细讲，包括怎么用 STM32 的定时器精确产生这些脉冲。
1.4 PWM 知识体系总览
下面这张图把 PWM 的核心知识点串起来了，你可以对照着看。
1.5 为什么用 STM32 做 PWM？
市面上能输出 PWM 的芯片很多，但 STM32 有几个优势：
- 定时器资源丰富：高级定时器、通用定时器、基本定时器，随便用
- 精度高：16 位计数器，占空比可以精细调节
- 多通道独立输出：一个定时器可以同时输出多路 PWM
- 硬件自动生成：配置好后 CPU 不用管，不占用软件资源
个人建议：初学阶段先用通用定时器（如 TIM2、TIM3）练手。配置简单，不容易出错。等熟悉了再玩高级定时器的互补输出、死区插入这些高级功能。
1.6 避坑指南
做 PWM 项目，有几个坑我踩过，分享给你：
- 频率和占空比搞混：频率决定周期，占空比决定高电平宽度。别把两者弄反了。
- 舵机频率必须是 50Hz：别想着改频率让舵机转更快，标准舵机只认 50Hz。
- 电机驱动要加隔离：直接用单片机 IO 口驱动电机？等着烧芯片吧。加个 MOS 管或者驱动芯片。
- LED 调光注意人眼感知：频率低于 100Hz 会闪烁，高于 1kHz 可能产生音频噪声。
我曾经犯过的错：做第一个舵机项目时，我把频率设成了 100Hz，结果舵机一直抖，怎么调占空比都没用。查了半天资料才发现——标准舵机只认 50Hz，周期必须是 20ms。从那以后，我每次用舵机第一件事就是确认频率。