4. 定时器基础与PWM输出：定时器工作原理、HAL库定时器配置、PWM输出驱动舵机/电机实战

定时器，说白了就是单片机的“心跳”。没有它，很多时序相关的操作都得靠CPU死等，效率低得可怜。我刚开始做嵌入式那会儿，总觉得定时器就是个计数的玩意儿，后来踩的坑多了才明白——用好定时器，你的系统就成功了一半。

4.1 STM32定时器家族：你手里到底有几把刷子？

STM32的定时器不是只有一种。我见过不少新手，上来就用高级定时器干基础活，结果资源浪费严重。咱们先理清楚这家族谱系：

定时器类型	位数	主要特性	典型应用场景
基本定时器（TIM6/TIM7）	16位	仅基础计数，无PWM/捕获	定时中断、DMA触发
通用定时器（TIM2~TIM5）	16/32位	PWM输出、输入捕获、编码器	舵机控制、电机调速、测频
高级定时器（TIM1/TIM8）	16位	互补PWM、刹车功能、死区插入	电机FOC、三相逆变、电源控制

我个人习惯：做舵机控制用通用定时器就够了，别拿高级定时器当普通用。高级定时器的刹车功能和死区插入，那是给电机驱动准备的硬货。

4.2 定时器核心工作原理：从计数器到PWM

定时器工作的本质，就是一个计数器在时钟驱动下不断累加。当计数值达到某个设定值时，产生事件或中断。PWM输出，就是在这个基础上加了个比较器。

举个例子：系统时钟72MHz，预分频器设为71（即72分频），自动重装载值设为999，那么PWM频率就是 72MHz / 72 / 1000 = 1kHz。占空比50%的话，比较值设为500就行。

4.3 HAL库定时器配置：三步走，不迷路

用HAL库配置定时器，其实就三步。我在项目里反复用这套流程，从来没出过问题。

1. 初始化定时器句柄：设置预分频器、计数模式、自动重装载值
2. 配置PWM通道：设置极性、比较值、使能输出
3. 启动定时器：调用HAL_TIM_PWM_Start()

来看一段实际代码，这是我做舵机控制时用的配置：

// 定时器句柄定义
TIM_HandleTypeDef htim2;

// 定时器初始化函数
void MX_TIM2_Init(void)
{
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = 71;          // 72MHz / 72 = 1MHz
  htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim2.Init.Period = 19999;          // 1MHz / 20000 = 50Hz
  htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
  HAL_TIM_PWM_Init(&htim2);

  // 配置PWM通道1
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  sConfigOC.Pulse = 1500;             // 初始占空比：1.5ms脉宽
  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

  // 启动PWM输出
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
}

4.4 PWM输出驱动舵机：角度控制实战

舵机控制，说白了就是控制PWM的脉宽。标准舵机的工作频率是50Hz（周期20ms），脉宽范围0.5ms~2.5ms，对应0°~180°。

我常用的映射关系：

舵机角度	脉宽（ms）	比较值（50Hz, 1MHz时钟）
0°	0.5	500
45°	1.0	1000
90°	1.5	1500
135°	2.0	2000
180°	2.5	2500

写一个角度设置函数，其实就一行代码的事：

void Servo_SetAngle(uint16_t angle)
{
  // 角度范围0~180，映射到脉宽500~2500
  uint16_t pulse = 500 + (angle * 2000 / 180);
  __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, pulse);
}

4.5 PWM输出驱动直流电机：速度与方向控制

直流电机控制比舵机复杂一些。你需要两个信号：一个控制方向（GPIO高低电平），一个控制速度（PWM占空比）。

我常用的电机驱动方案是L298N或TB6612，控制逻辑如下：

电机状态	IN1	IN2	PWM
正转	高	低	占空比可调
反转	低	高	占空比可调
刹车	高	高	任意
停止	低	低	任意

代码实现也很直接：

void Motor_Control(uint8_t direction, uint16_t speed)
{
  // speed范围0~1000，对应占空比0%~100%
  switch(direction)
  {
    case MOTOR_FORWARD:
      HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_IN1_GPIO_Port, MOTOR_IN1_Pin, GPIO_PIN_SET);
      HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_IN2_GPIO_Port, MOTOR_IN2_Pin, GPIO_PIN_RESET);
      __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, speed);
      break;
    case MOTOR_BACKWARD:
      HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_IN1_GPIO_Port, MOTOR_IN1_Pin, GPIO_PIN_RESET);
      HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_IN2_GPIO_Port, MOTOR_IN2_Pin, GPIO_PIN_SET);
      __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, speed);
      break;
    case MOTOR_STOP:
      HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_IN1_GPIO_Port, MOTOR_IN1_Pin, GPIO_PIN_RESET);
      HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_IN2_GPIO_Port, MOTOR_IN2_Pin, GPIO_PIN_RESET);
      break;
    case MOTOR_BRAKE:
      HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_IN1_GPIO_Port, MOTOR_IN1_Pin, GPIO_PIN_SET);
      HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_IN2_GPIO_Port, MOTOR_IN2_Pin, GPIO_PIN_SET);
      break;
  }
}

4.6 定时器PWM输出知识体系

下面这张图，是我自己总结的定时器PWM输出知识体系。你把它理清了，后面做电机控制、舵机控制、LED调光，基本就是套模板的事。

4.7 实战中的避坑指南

做PWM驱动，有几个坑我反复踩过，今天一并告诉你：

• GPIO复用功能没配置：PWM输出引脚必须配置为复用推挽输出，否则没波形。我见过有人查了半天，结果是GPIO模式设成了输出。
• 定时器时钟没使能：虽然HAL_TIM_PWM_Init()内部会处理，但如果你在初始化之前手动操作了RCC，记得检查时钟是否正常。
• 自动重装载预加载没使能：如果不使能，修改比较值时可能产生不完整的PWM周期，导致电机抖动。
• 舵机供电不足：舵机启动瞬间电流可达1A以上，直接从单片机3.3V取电必死。用外部5V电源，共地即可。