3、PWM输出模式详解：模式1与模式2区别、占空比与频率计算、极性配置

PWM这东西，说白了就是通过快速开关信号，让负载感受到一个平均电压。你想想看，LED调光、电机调速、舵机转角，背后都是PWM在干活。STM32的定时器里集成了硬件PWM发生器，一旦配置好，CPU基本不用管，脉冲自己跑，效率非常高。

我个人习惯，拿到一个新项目，先搞清楚PWM的两个核心参数：频率和占空比。频率决定了控制周期，占空比决定了有效输出。今天咱们就把模式1、模式2、极性配置这些容易搞混的东西，一次说清楚。

3.1 PWM模式1与模式2的本质区别

STM32的定时器支持两种PWM输出模式。很多初学者刚接触时觉得这俩模式很绕，其实理解起来很简单——就看计数器与比较值的关系。

对比项	PWM模式1	PWM模式2
有效电平	计数器值 < 比较值时输出有效电平	计数器值 > 比较值时输出有效电平
向上计数波形	起始为有效电平，到达比较值后翻转	起始为无效电平，到达比较值后翻转
向下计数波形	起始为无效电平，到达比较值后翻转	起始为有效电平，到达比较值后翻转
常用场景	舵机控制、LED调光	电机驱动、互补输出

举个例子，向上计数模式下，ARR=99，CCR=30：

• 模式1：计数器从0到99，0~29输出高电平，30~99输出低电平。占空比30%。
• 模式2：计数器从0到99，0~29输出低电平，30~99输出高电平。占空比70%。

你看，模式1和模式2其实就是把有效电平的位置对调了一下。我刚开始用STM32时，习惯用模式1，因为逻辑更直观——比较值直接对应高电平宽度。后来做电机控制，发现模式2配合互补输出更方便，尤其是做刹车和死区插入的时候。

3.2 占空比与频率的计算方法

频率和占空比的计算，其实就两个公式。我建议你把它写在笔记本第一页，每次配置定时器前看一眼。

频率公式：

PWM频率 = 定时器时钟 / (PSC + 1) / (ARR + 1)

占空比公式：

占空比 = CCR / (ARR + 1) × 100%

举个例子，STM32F103的TIM2挂载在APB1上，时钟72MHz。我想输出50Hz的舵机控制信号：

1. 先确定ARR。舵机周期20ms，50Hz对应20ms。72MHz / 50Hz = 1,440,000。
2. 选PSC=1440-1，ARR=999。实际频率 = 72,000,000 / 1440 / 1000 = 50Hz。
3. 舵机0°对应CCR=50，90°对应CCR=150，180°对应CCR=250。占空比范围5%~25%。

// 50Hz舵机PWM配置示例
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1440 - 1;     // PSC=1439
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1;        // ARR=999
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   // 模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 150;                // CCR=150，90°
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

3.3 极性配置与输出波形

极性配置，说白了就是决定有效电平是高还是低。STM32里通过TIM_OCPolarity来设置：

• TIM_OCPolarity_High：有效电平为高，无效电平为低。
• TIM_OCPolarity_Low：有效电平为低，无效电平为高。

极性配置和PWM模式组合起来，能产生四种不同的输出波形。我整理了一张表，你配置时对照着看：

模式	极性	向上计数波形	有效电平
模式1	高有效	起始高，CCR后低	高
模式1	低有效	起始低，CCR后高	低
模式2	高有效	起始低，CCR后高	高
模式2	低有效	起始高，CCR后低	低

你发现没有？模式1+高有效 和 模式2+低有效，波形其实是一样的。这就是为什么有些人说"模式1和模式2可以通过极性互换"。但我不建议你这么玩，因为不同外设对有效电平的定义不同。比如舵机信号要求高电平为有效，电机驱动有时需要低电平刹车。

3.4 知识结构总览

下面这张图把PWM模式、极性、参数计算的关系串起来了。你配置时按这个流程走，基本不会出错。

3.5 实战中的避坑指南

做PWM配置时，有几个地方特别容易翻车。我把自己踩过的坑整理了一下：

• ARR和CCR的关系：CCR不能大于ARR，否则占空比会变成100%或0%。我见过有人把CCR设成ARR+1，结果波形直接没了。
• 定时器时钟源：不同定时器挂载在不同总线上，时钟频率可能不一样。TIM1和TIM8在APB2上，其他在APB1上。配置前先查时钟树。
• 互补输出和死区：做H桥驱动时，要用TIM_BDTRConfig配置死区时间。死区太小会烧MOS管，太大影响效率。我一般设1~2μs。
• 重载机制：修改CCR时，最好等定时器更新事件发生后再写入。用DMA或中断更新CCR，可以避免波形抖动。