2. STM32定时器与PWM输出：高级定时器配置、PWM模式设置、占空比调节、死区时间插入

电机控制的核心，说白了就是控制功率管的通断。而STM32的高级定时器，就是干这个活的专用硬件。我刚开始做电机驱动时，总觉得用普通定时器也能凑合，结果一跑起来就发现问题了——没有互补输出、没有死区插入，板子上的MOS管烧了一排。嗯，从那以后我再也不敢轻视高级定时器的配置了。

2.1 高级定时器 vs 通用定时器：别选错外设

STM32的定时器家族里，高级定时器（TIM1/TIM8）和通用定时器（TIM2~TIM5）最大的区别在哪？我列个表你就明白了：

功能特性	高级定时器 (TIM1/TIM8)	通用定时器 (TIM2~TIM5)
互补PWM输出	支持（CHx和CHxN）	不支持
死区时间插入	硬件自动插入	需软件模拟
刹车功能	支持（BKIN引脚）	不支持
编码器接口	支持	支持
重复计数	支持（RCR寄存器）	不支持

2.2 高级定时器核心寄存器：你得认识这几个

配置高级定时器，其实就是在操作几个关键寄存器。我个人习惯先把它们理清楚，再动手写代码：

• TIMx_ARR（自动重装载寄存器）：决定PWM周期。比如你想输出20kHz的PWM，ARR的值就是定时器时钟频率除以20kHz再减1。
• TIMx_CCRx（捕获/比较寄存器）：决定占空比。CCR的值除以ARR，就是占空比百分比。
• TIMx_CCER（捕获/比较使能寄存器）：控制通道输出极性、使能互补输出。
• TIMx_BDTR（刹车和死区寄存器）：死区时间、刹车配置都在这里。
• TIMx_CR1（控制寄存器1）：使能计数器、配置计数方向。

你想想看，这么多寄存器，其实核心逻辑就一条：ARR定周期，CCR定占空比，BDTR定死区。记住这个，配置起来就顺了。

2.3 PWM模式设置：边沿对齐 vs 中央对齐

高级定时器支持两种PWM模式，我分别说说：

2.3.1 边沿对齐模式（PWM模式1/2）

这是最常用的模式。计数器从0递增到ARR，然后跳回0。CCR决定翻转点。模式1是：CNT < CCR时输出有效电平，CNT >= CCR时输出无效电平。模式2正好相反。

// 配置TIM1为PWM模式1，通道1
TIM1->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1M_2;  // 模式1：110
TIM1->CCER |= TIM_CCER_CC1E;                          // 使能通道1输出

2.3.2 中央对齐模式（PWM模式1/2/3）

计数器先递增到ARR，再递减回0。一个周期内CCR会触发两次翻转。这种模式产生的PWM对称性好，谐波含量低。我在做永磁同步电机FOC控制时，电流环采样就喜欢用中央对齐——采样点正好在计数器的顶点和底点，电流纹波最小。

2.4 占空比调节：动态更新要注意时机

调节占空比就是修改CCR的值。但有个坑——什么时候改？

• 预装载功能：CCR的值可以立即生效，也可以等到下一个更新事件（UEV）才生效。我建议开启预装载，避免PWM周期中间突然跳变，导致电机抖动。
• 更新事件触发：计数器溢出（或设置为0）时，预装载的CCR值才会真正写入影子寄存器。

// 开启预装载
TIM1->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1PE;

// 动态修改占空比（在中断或主循环中调用）
void set_duty(uint16_t duty) {
    TIM1->CCR1 = duty;  // 写入预装载寄存器，下一个UEV生效
}

2.5 死区时间插入：保护MOS管的关键

死区时间，就是上下管同时关断的那段空白期。为什么需要它？因为功率管从导通到关断需要时间，如果上管还没完全关断，下管就导通了，那就直通短路——MOS管瞬间冒烟。

死区时间由TIMx_BDTR寄存器的DTG[7:0]位决定。STM32的死区计算有点绕，我直接给公式：

DTG[7:0]范围	死区时间计算公式	示例（t_dts=125ns @ 8MHz）
0x00 ~ 0x7F	DT × t_dts	0x40 → 64 × 125ns = 8μs
0x80 ~ 0xBF	(64 + DT[5:0]) × 2 × t_dts	0xA0 → (64+32) × 250ns = 24μs
0xC0 ~ 0xDF	(32 + DT[4:0]) × 8 × t_dts	0xD0 → (32+16) × 1μs = 48μs
0xE0 ~ 0xFF	(32 + DT[4:0]) × 16 × t_dts	0xF0 → (32+16) × 2μs = 96μs

// 配置死区时间：假设t_dts = 125ns，需要1μs死区
// 1μs / 125ns = 8，所以DTG = 0x08
TIM1->BDTR = TIM_BDTR_DTG_0 | TIM_BDTR_DTG_3;  // DTG = 0x08
TIM1->BDTR |= TIM_BDTR_MOE;                     // 使能主输出

2.6 完整配置流程：从时钟到波形

下面是我做项目时常用的配置步骤，按顺序来基本不会出错：

1. 使能时钟：RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_TIM1EN;
2. 配置时基：设置PSC（预分频器）和ARR（自动重装载），确定PWM频率。
3. 配置输出比较模式：CCMRx寄存器选择PWM模式1或2。
4. 配置死区时间：BDTR寄存器设置DTG和使能MOE。
5. 使能互补输出：CCER寄存器使能CHx和CHxN，设置极性。
6. 开启预装载：CCMRx的OCxPE位置1。
7. 使能计数器：CR1的CEN位置1。
8. 配置刹车输入（可选）：BDTR的BKE、BKP等。

void TIM1_PWM_Init(uint16_t arr, uint16_t psc, uint16_t deadtime) {
    // 1. 使能时钟
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_TIM1EN;
    
    // 2. 时基配置
    TIM1->PSC = psc;
    TIM1->ARR = arr;
    TIM1->CR1 |= TIM_CR1_CEN;  // 使能计数器
    
    // 3. PWM模式1，通道1
    TIM1->CCMR1 |= (6 << 4);   // OC1M = 110 (PWM模式1)
    TIM1->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1PE;  // 预装载使能
    
    // 4. 死区配置
    TIM1->BDTR = deadtime;
    TIM1->BDTR |= TIM_BDTR_MOE;  // 主输出使能
    
    // 5. 使能互补输出
    TIM1->CCER |= TIM_CCER_CC1E | TIM_CCER_CC1NE;
    
    // 6. 初始占空比50%
    TIM1->CCR1 = arr / 2;
}

2.7 知识结构图：高级定时器PWM配置全景

下面这张图把整个配置流程串起来了，你可以对照着看：

2.8 调试技巧：用示波器验证波形

配置完代码，别急着跑电机。先拿示波器看波形，我一般检查这几个点：

• 频率对不对：测量PWM周期，和ARR计算值对比。如果不对，检查PSC和时钟源。
• 占空比准不准：CCR设为ARR的一半，看是不是50%。如果不是，检查CCER的极性设置。
• 死区时间够不够：看CH和CHN波形之间有没有明显的空白期。用示波器的光标测量死区宽度。
• 互补输出反不反：CH高电平时，CHN应该是低电平。如果反了，交换CCER的极性位。