第4章 STM32定时器与PWM输出：定时器配置、PWM模式设置、占空比调节、频率与分辨率计算
做电机控制，说白了就是跟定时器打交道。PWM信号是电机调速的“语言”，而STM32的定时器就是翻译官。这一章，我带你把这套东西彻底搞明白。
4.1 定时器家族：你该用哪一个？
STM32的定时器分好几类，别一上来就选高级定时器，杀鸡用牛刀。
| 定时器类型 | 位数 | 典型用途 | 我常用的场景 |
|---|---|---|---|
| 基本定时器（TIM6/TIM7） | 16位 | 定时中断、DAC触发 | 做时间基准，很少用于PWM |
| 通用定时器（TIM2~TIM5） | 16/32位 | PWM输出、输入捕获、编码器接口 | 电机控制的主力，我用得最多 |
| 高级定时器（TIM1/TIM8） | 16位 | 互补PWM、刹车功能、死区插入 | 无刷直流电机（BLDC）驱动必备 |
我的习惯：做直流有刷电机调速，通用定时器就够了。做FOC或者BLDC，必须上高级定时器，因为死区时间不设好，MOS管会炸。
4.2 PWM模式：边沿对齐 vs 中央对齐
STM32的PWM有两种模式，很多人用了几年都没搞清楚区别。
- 边沿对齐模式（Mode 1 / Mode 2）：计数器从0数到ARR，然后跳回0。PWM波形只有一边在变化。占空比更新快，适合普通调速。
- 中央对齐模式（Mode 1 / Mode 2 / Mode 3）：计数器从0数到ARR，再倒着数回0。PWM波形两边都在变化。谐波更少，适合对噪声敏感的场合。
我做过一个项目，电机低速运行时嗡嗡响。换成中央对齐模式，噪声立刻降了3dB。为什么？因为中央对齐的PWM等效频率翻倍，谐波分量更小。
4.3 频率与分辨率：鱼和熊掌怎么兼得？
这是新手最容易踩坑的地方。PWM频率和分辨率是矛盾的，你想想看：
公式：
PWM频率 = 定时器时钟 / (PSC + 1) / (ARR + 1)
分辨率 = 1 / (ARR + 1) × 100%ARR越大，分辨率越高，但频率越低。反过来，频率高了，分辨率就下来了。
实战经验：我做电机调速时，通常把PWM频率设在10kHz~20kHz。低于10kHz能听到啸叫，高于20kHz开关损耗变大。分辨率至少保证200级（ARR≥199），否则电机低速会抖动。
举个例子，STM32F103主频72MHz，我想用TIM2输出20kHz PWM：
// 目标：20kHz，分辨率250级
// 72MHz / (PSC+1) / (ARR+1) = 20000
// 设 ARR = 249（分辨率250级）
// 则 PSC+1 = 72000000 / 20000 / 250 = 14.4 → 取14
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 13; // PSC = 13 → 分频系数14
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 249; // ARR = 249
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; // 初始占空比0%
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
我曾经踩过的坑：PSC和ARR都设成0，以为频率最高。结果定时器直接溢出，PWM波形乱跳。记住，PSC和ARR至少有一个不为0。
4.4 占空比调节：在线修改的两种方式
电机调速需要实时改变占空比。STM32提供了两种方法：
- 直接写CCR寄存器：
TIM_SetCompare1(TIM2, duty);简单粗暴，但要注意更新时机。 - 利用预装载寄存器：使能TIM_OCPreload，CCR值在更新事件时才生效。避免PWM周期中途突变。
我建议你用预装载方式。有一次我在中断里直接改CCR，结果PWM波形中间出现了一个窄脉冲，电机猛地抖了一下。开了预装载，问题消失。
// 使能预装载
TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);
TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);
// 在线修改占空比（在中断或主循环中调用）
void set_motor_speed(uint16_t duty) {
if(duty > 249) duty = 249; // 限幅
TIM_SetCompare1(TIM2, duty);
}4.5 知识体系：定时器PWM核心逻辑
下面这张图，把整个配置流程串起来了。我每次教新人，都先让他们看这个。
4.6 避坑指南：我踩过的三个雷
- 雷区一：GPIO复用功能没配置。定时器通道对应的GPIO必须设为AF_PP（复用推挽输出）。我见过有人设成GPIO_Mode_Out_PP，PWM死活出不来。
- 雷区二：高级定时器忘了使能主输出。TIM1和TIM8有个TIM_CtrlPWMOutputs函数，不调用它，PWM引脚一直是低电平。我第一次用TIM1时查了三天。
- 雷区三：占空比突变导致电机抖动。占空比每次变化不要超过50级，最好做一下斜率限制。我写了个ramp函数，每次只增加或减少5级，电机运行丝滑多了。
// 占空比渐变函数，防止电机抖动
void smooth_set_duty(uint16_t target_duty) {
static uint16_t current_duty = 0;
if(target_duty > current_duty + 5) {
current_duty += 5;
} else if(target_duty < current_duty - 5) {
current_duty -= 5;
} else {
current_duty = target_duty;
}
TIM_SetCompare1(TIM2, current_duty);
}