4. 定时器基础与PWM生成：通用定时器原理、PWM模式配置、占空比与频率计算、呼吸灯实现

各位同学，咱们今天聊定时器。说实话，做电机控制这么多年，我打交道最多的外设就是定时器。没有它，PWM出不来，电机就转不了。这一章，咱们把通用定时器的底裤扒干净，看看PWM到底是怎么生成的。

4.1 通用定时器核心原理

通用定时器，说白了就是一个会数数的计数器。它从0开始，一直数到某个设定值，然后清零重新数。这个数数的过程，就是定时器工作的本质。

我习惯把定时器拆成三个部分来理解：

• 时钟源：给定时器提供节拍，决定它数多快
• 计数器：核心部件，向上/向下/中央对齐三种模式
• 比较器：把计数值和设定值比较，产生事件

你想想看，如果时钟频率是72MHz，预分频器设为72-1，那定时器每秒就数100万次。每次计数的时间就是1微秒。这就是定时精度的来源。

4.2 PWM模式配置详解

PWM，脉冲宽度调制。名字听着高大上，其实就是控制一个方波的高电平时间占比。我在项目中遇到过不少新手，上来就问“PWM频率怎么设”，其实你先得搞清楚你要控制什么。

通用定时器支持两种PWM模式：

模式	输出电平行为	典型应用
PWM模式1	计数值 < CCR时有效电平，否则无效	电机调速、LED调光
PWM模式2	计数值 < CCR时无效电平，否则有效	互补输出、死区控制

嗯，这里要注意：有效电平是可以配置的，通过TIM_CCER寄存器的极性位控制。我一般默认用高电平有效，这样逻辑更直观。

4.3 占空比与频率计算

占空比，就是高电平时间占整个周期的比例。频率，就是一秒钟有多少个周期。这两个参数决定了PWM的控制效果。

举个例子，假设我们要生成一个20kHz的PWM，时钟72MHz：

// 计算步骤
// 1. 确定预分频值：PSC = 72 - 1，得到1MHz计数频率
// 2. 确定自动重装载值：ARR = 50 - 1，得到20kHz
// 3. 设置占空比：CCR = 25，占空比50%

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

// 时基配置
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;        // 72MHz / 72 = 1MHz
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 49;           // 1MHz / 50 = 20kHz
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

// PWM通道配置
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 25;              // 占空比 25/50 = 50%
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

// 使能定时器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

4.4 呼吸灯实现

呼吸灯，说白了就是让LED的亮度像呼吸一样慢慢变化。这需要PWM的占空比从0%逐渐增加到100%，再逐渐减小到0%。

实现思路很简单：

1. 初始化定时器，输出固定频率的PWM
2. 在主循环中，每隔一段时间改变CCR的值
3. CCR从0递增到ARR，再从ARR递减到0

// 呼吸灯主循环代码
uint16_t brightness = 0;
uint8_t direction = 1;  // 1: 增加, 0: 减少

while(1)
{
    // 更新占空比
    TIM_SetCompare1(TIM2, brightness);
    
    // 延时，控制呼吸速度
    Delay_ms(10);
    
    // 改变亮度方向
    if(direction)
    {
        brightness++;
        if(brightness >= 49)  // 达到最大亮度
            direction = 0;
    }
    else
    {
        brightness--;
        if(brightness <= 0)   // 达到最小亮度
            direction = 1;
    }
}

4.5 定时器知识体系

为了让大家更直观地理解定时器与PWM的关系，我画了一张结构图：

这张图把定时器生成PWM的完整链路画出来了。从时钟源开始，经过预分频、计数、比较，最终输出PWM波形。每个环节都对应一个寄存器，理解了这张图，你就掌握了定时器的精髓。

4.6 实战要点总结

• 频率选择：电机控制一般用10kHz-20kHz，太低会听到噪音，太高会增加开关损耗
• 分辨率：ARR值越大，占空比调节越精细。但ARR大了，频率就低了，需要权衡
• 死区插入：驱动H桥时，上下管不能同时导通，需要插入死区时间
• 更新事件：修改CCR后，要等下一个更新事件才会生效，可以用预装载功能