3、PWM信号生成与MCU配置：定时器PWM模式、死区时间插入、互补PWM输出、寄存器配置实战

好，咱们进入第三章。这一章是电机控制的硬核基础——PWM信号怎么从MCU里生成，怎么配寄存器，死区时间怎么插进去。说白了，你代码写得再花哨，如果PWM波形出来是畸形的，电机照样抖得像筛子。我早期吃过这个亏，所以这一章咱们直接上手实战。

3.1 定时器PWM模式：核心原理

大部分MCU的定时器都支持PWM模式。原理其实不复杂：一个计数器从0往上数，数到自动重装载值（ARR）就归零，这叫向上计数模式。然后你设一个比较值（CCR），当计数值小于CCR时，输出高电平；大于等于CCR时，输出低电平。这样就能调占空比了。

我个人习惯先把ARR和PSC算好，再算CCR。你想想看，如果ARR设小了，分辨率就不够，电机低速时抖得厉害。我有个项目做伺服驱动器，ARR设成1999，结果低速时电机一顿一顿的，后来把ARR改成9999，分辨率提上去，问题就解决了。

3.2 互补PWM输出与死区时间

电机驱动常用H桥或三相桥，上下管不能同时导通，否则就是短路。所以需要两路互补的PWM——一路高电平，另一路低电平。但光互补还不够，因为功率管关断比开通慢，如果上管刚关断下管就开通，瞬间就穿通了。这时候就需要死区时间。

死区时间，就是上下管都关断的那一小段空白期。一般几百纳秒到几微秒，取决于功率管的开关速度。

为什么会这样？因为死区时间本质上是牺牲效率换安全。你想想看，死区期间电机电流是续流二极管走的，压降大，损耗也大。所以死区时间要在安全的前提下尽量短。

3.3 寄存器配置实战：以STM32为例

咱们拿STM32F103的TIM1来演示。TIM1是高级定时器，支持互补输出和死区插入。配置步骤我列一下：

1. 使能时钟：RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
2. 配置GPIO：PA8(TIM1_CH1)、PA9(TIM1_CH1N)设为复用推挽输出
3. 配置时基：设置PSC、ARR、计数模式
4. 配置输出比较：设置PWM模式1或2，设置CCR
5. 配置死区：设置TIM_BDTR寄存器的DTG位
6. 使能输出：使能MOE主输出使能位
7. 使能定时器：TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);

代码示例：

// TIM1 PWM初始化，互补输出，死区1μs
void TIM1_PWM_Init(void)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;

    // 1. 使能时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);

    // 2. 时基配置：72MHz/(71+1)/(999+1)=1kHz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 3. PWM模式1，CCR=500，占空比50%
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;  // 互补输出使能
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;
    TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);

    // 4. 死区配置：DTG=250，对应1μs（具体算法见数据手册）
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Disable;
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Disable;
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_OFF;
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = 250;
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Disable;
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_High;
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Disable;
    TIM_BDTRInit(TIM1, &TIM_BDTRInitStructure);

    // 5. 使能主输出和定时器
    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);
    TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
}

3.4 死区时间计算与寄存器映射

死区时间由TIM_BDTR寄存器的DTG[7:0]控制。STM32的死区计算分两段：

DTG[7:5]	死区计算公式	分辨率	示例
000	DT × Ttclk	1 × Ttclk	DTG=0x00~0x7F，死区0~127个时钟周期
001	(64 + DT[4:0]) × 2 × Ttclk	2 × Ttclk	DTG=0x80~0xBF，死区128~254个时钟周期
010	(32 + DT[4:0]) × 8 × Ttclk	8 × Ttclk	DTG=0xC0~0xDF，死区256~504个时钟周期
011	(32 + DT[4:0]) × 16 × Ttclk	16 × Ttclk	DTG=0xE0~0xFF，死区512~1008个时钟周期

假设定时器时钟72MHz，T_tclk=13.89ns。要设1μs死区，就是72个时钟周期。DTG=72（0x48），属于第一段，死区=72×13.89ns≈1μs。

3.5 知识体系：PWM生成与配置流程

下面这张图把整个流程串起来了，从时钟到波形输出，每一步都清楚。

3.6 实战要点总结

• 频率选择：电机PWM频率一般10-20kHz，避开人耳可听范围。我习惯用16kHz，噪声和损耗平衡得比较好。
• 分辨率：ARR越大，占空比调节越精细。但ARR太大会降低频率，需要权衡。
• 死区对称性：上下管的死区时间要一致，否则波形不对称，电机电流会有直流分量。
• 寄存器备份：配完寄存器后，读回来校验一下。我遇到过寄存器写不进去的情况，读回来全是0，查了半天发现是时钟没使能。