4、PWM输出原理：PWM模式、占空比与频率计算、互补输出与死区插入

PWM，说白了就是让单片机输出一串宽度可调的脉冲。你想想看，控制电机转速、调节LED亮度、驱动舵机，哪个离得开它？我最早接触PWM时，以为就是调调占空比那么简单。后来做电机驱动项目，才发现死区、互补输出这些坑，踩一个就够你折腾好几天。

这一节，咱们把PWM的底裤扒干净。从模式选择到频率计算，再到高级定时器才有的互补输出和死区插入，一步到位。

4.1 PWM模式：边沿对齐 vs 中央对齐

STM32的定时器支持两种PWM模式，我习惯叫它们「边沿对齐」和「中央对齐」。名字听着玄乎，其实看波形就懂了。

4.2 占空比与频率计算

这两个参数是PWM的灵魂。频率决定了PWM的「快慢」，占空比决定了「强弱」。咱们直接上公式。

频率计算

// 定时器时钟 = 72 MHz（以STM32F1为例）
// 预分频器 PSC = 71  → 计数时钟 = 72M / (71+1) = 1 MHz
// 自动重装载 ARR = 999 → PWM频率 = 1M / (999+1) = 1 kHz

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;      // PSC
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;        // ARR
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

占空比设置

// 占空比 = CCR / (ARR+1) × 100%
// 想要50%占空比 → CCR = 500
TIM_SetCompare1(TIM2, 500);   // 通道1输出50%占空比

// 想要25%占空比 → CCR = 250
TIM_SetCompare1(TIM2, 250);

嗯，这里要注意。ARR越大，分辨率越高，但频率就越低。我在项目中遇到过需要20kHz PWM频率、同时要0.1%分辨率的情况。算下来ARR得999，PSC得3.5——没法整除。最后只能妥协到0.12%分辨率，ARR设799。

4.3 互补输出与死区插入

这部分是高级定时器的看家本领。做H桥驱动、半桥逆变、电机控制，必须用互补输出。为什么？因为一个通道要同时控制上下两个MOS管。

互补输出是什么？

简单说，就是定时器的一个通道，自动生成两路相反的PWM信号。一路叫OCx，另一路叫OCxN。你设一个CCR值，两路波形自动互补。

// 使能互补输出（以TIM1为例）
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   // 主输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable; // 互补输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;                            // CCR值
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;       // 主输出高有效
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;     // 互补输出高有效
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;    // 空闲时低电平
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;

TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);

死区插入——为什么需要它？

你想想看，上下两个MOS管如果同时导通，电源直接短路，瞬间冒烟。但实际电路中，MOS管关断比开通慢。如果互补信号完美对齐，就会出现「上管还没关死，下管已经开了」的尴尬局面。

死区就是故意插入一段「上下都关断」的时间。STM32高级定时器通过TIM_BDTR寄存器来配置。

// 死区时间配置（以TIM1为例）
TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;

// 死区时间 = DTG[7:0] × t_dts
// 假设 t_dts = 125ns（时钟8MHz）
// 想要1μs死区 → DTG = 1μs / 125ns = 8
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSR = TIM_OSSR_Enable;      // 运行模式关闭状态
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSI = TIM_OSSI_Enable;      // 空闲模式关闭状态
TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_1; // 锁定级别
TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = 8;                // 死区时间 = 8 × 125ns = 1μs
TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Disable;   // 刹车功能
TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_High;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Enable;

TIM_BDTRConfig(TIM1, &TIM_BDTRInitStructure);

4.4 知识结构总览

下面这张图，把PWM输出的核心脉络串起来了。从模式选择到参数计算，再到高级功能，一目了然。

4.5 实战要点总结

• 模式选型：普通应用用边沿对齐，高精度控制用中央对齐
• 频率与分辨率权衡：ARR越大分辨率越高，但频率会降低。根据实际需求折中
• 死区设置：参考MOS管数据手册的关断延迟，留1.5~2倍余量
• 互补输出：只有高级定时器（TIM1、TIM8）支持，通用定时器不行
• 刹车功能：配合死区使用，紧急情况下强制关闭所有输出