📚 课程目录第3章 PWM输出频率与占空比测量

3. PWM输出频率与占空比测量

任务定义

本案例使用逻辑分析仪测量MCU输出的PWM信号，验证频率与占空比是否符合预期。目标是通过8通道逻辑分析仪捕获PWM波形，利用软件解码功能读取频率和占空比，并与MCU配置值对比，确认PWM输出正确。

硬件连接

将MCU的PWM输出引脚（本例使用PA8，对应TIM1_CH1）连接至逻辑分析仪的CH0通道。逻辑分析仪的地线必须与MCU共地，否则采样波形将不稳定。若被测信号为3.3V逻辑电平，逻辑分析仪无需分压；若为5V系统，需确认逻辑分析仪输入耐压范围。

MCU端PWM配置代码

以下代码基于STM32G0系列HAL库，配置TIM1_CH1输出1kHz、占空比60%的PWM信号。使用内部时钟源，预分频器设为64-1，自动重载值设为1000-1，这样PWM频率为64MHz/(64×1000)=1kHz。

// pwm_config.h
#ifndef PWM_CONFIG_H
#define PWM_CONFIG_H

#include "stm32g0xx_hal.h"

void PWM_Init(void);
void PWM_Start(void);

#endif

// pwm_config.c
#include "pwm_config.h"

TIM_HandleTypeDef htim1;
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;

void PWM_Init(void)
{
    __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE();
    
    htim1.Instance = TIM1;
    htim1.Init.Prescaler = 64 - 1;          // 64MHz/64 = 1MHz计数频率
    htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim1.Init.Period = 1000 - 1;           // 1MHz/1000 = 1kHz PWM频率
    htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    htim1.Init.RepetitionCounter = 0;
    htim1.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);
    
    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 600;                  // 占空比 = 600/1000 = 60%
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
    
    // 使能TIM1通道1对应的GPIO：PA8
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF1_TIM1;  // STM32G0系列PA8复用为TIM1_CH1
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

void PWM_Start(void)
{
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
}

// main.c 调用示例
#include "pwm_config.h"

int main(void)
{
    HAL_Init();
    PWM_Init();
    PWM_Start();
    
    while (1)
    {
        // 持续输出PWM，等待逻辑分析仪测量
    }
}

逻辑分析仪测量步骤

使用PulseView软件（sigrok）配合8通道逻辑分析仪进行测量，操作步骤如下：

将逻辑分析仪插入电脑USB口，打开PulseView软件；
在软件界面选择采样率≥10MHz（建议20MHz），采样深度≥1M样本；
点击“扫描”按钮识别设备，选择正确的通道CH0；
点击“开始采集”按钮，等待采集完成；
在协议解码器列表中选择“PWM”或“频率/占空比测量”相关解码器；
将解码器通道指定为CH0，设置阈值电压为1.65V（3.3V逻辑半电平）；
读取解码结果中的频率和占空比数值。

验证方法与判定标准

完成采集后，在PulseView中观察CH0波形，应看到稳定的方波信号。使用光标测量一个完整周期的时间T，频率f=1/T。使用解码器读取的占空比应为高电平时间与周期之比。

判定标准：

频率测量值在1kHz±1%范围内（即990Hz～1010Hz）视为通过；
占空比测量值在60%±2%范围内（即58%～62%）视为通过；
波形无明显毛刺、抖动或电平漂移。

若测量结果超出上述范围，检查MCU时钟配置是否正确、预分频器与自动重载值是否计算有误、GPIO复用功能是否配置正确。

常见问题排查

无波形输出：检查GPIO复用功能是否正确（PA8对应AF1），确认TIM1时钟已使能；
频率偏差大：确认系统时钟是否为64MHz，若使用HSI内部时钟，实际频率可能为64MHz±1%，需用示波器校准；
占空比偏差：检查Pulse寄存器值是否写入正确，确认自动重载值未溢出；
波形毛刺：检查共地连接是否可靠，采样率是否足够高（至少为信号频率的10倍以上）。