📚 课程目录第4章定时器与PWM驱动

4. 定时器与PWM驱动：基本定时器、通用定时器、高级定时器配置、PWM生成与占空比调节、实战：舵机控制

定时器这玩意儿，可以说是STM32里最常用、也最容易出幺蛾子的外设之一。我刚开始做项目那会儿，总觉得定时器不就是计个数嘛，有啥难的？结果有一次做电机控制，PWM波形死活不对，查了两天发现是定时器同步配置错了。从那以后，我对定时器就多了几分敬畏。

说白了，STM32的定时器分三类：基本定时器、通用定时器、高级定时器。它们的关系有点像汽车——基本型能跑，通用型能拉货，高级型能越野。咱们一个一个来看。

4.1 三类定时器的核心差异

先上一张对比表，帮你快速建立认知：

特性	基本定时器 (TIM6/TIM7)	通用定时器 (TIM2~TIM5)	高级定时器 (TIM1/TIM8)
计数位数	16位	16/32位	16位
PWM输出	❌ 不支持	✅ 支持 (4通道)	✅ 支持 (6通道+互补)
输入捕获	❌ 不支持	✅ 支持	✅ 支持
死区插入	❌ 不支持	❌ 不支持	✅ 支持
刹车功能	❌ 不支持	❌ 不支持	✅ 支持
典型用途	定时中断、DMA触发	PWM、输入捕获、编码器	电机控制、逆变器

看到没？基本定时器连PWM都出不来，只能做做定时中断。通用定时器才是咱们做PWM的主力。高级定时器嘛，主要是给电机控制、数字电源这些需要死区互补的场合准备的。

4.2 定时器配置的核心三板斧

不管用哪类定时器，配置流程都绕不开这三个参数：

预分频器 (PSC)：决定计数时钟频率。公式很简单：定时器时钟 = 系统时钟 / (PSC + 1)
自动重装载值 (ARR)：决定计数周期。溢出频率 = 定时器时钟 / (ARR + 1)
计数模式：向上、向下、中央对齐。PWM最常用向上计数。

举个例子，我想让定时器产生1kHz的PWM，系统时钟72MHz：

// 目标：PWM频率 = 1kHz
// 72MHz / (PSC+1) / (ARR+1) = 1000
// 取 PSC = 71, ARR = 999
TIM_HandleTypeDef htim2;
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 71;        // 72MHz / 72 = 1MHz
htim2.Init.Period = 999;          // 1MHz / 1000 = 1kHz
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
HAL_TIM_PWM_Init(&htim2);

我的小习惯：配置PSC和ARR时，尽量让PSC先分频到1MHz左右，再用ARR调频率。这样ARR的分辨率更高，占空比调节更细腻。我在做LED呼吸灯时吃过亏，PSC设太大，ARR只有几十，调占空比时跳变感特别明显。

4.3 PWM生成与占空比调节

PWM的核心就一个概念：比较值 (CCR)。当计数器值小于CCR时，输出高电平；大于CCR时，输出低电平。占空比 = CCR / (ARR + 1)。

配置PWM通道的步骤：

初始化定时器（PSC + ARR）
配置PWM通道（极性、比较值）
使能PWM输出
启动定时器

// 配置TIM2通道1为PWM输出
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;      // PWM模式1
sConfigOC.Pulse = 500;                    // CCR = 500, 占空比50%
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

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

运行时调节占空比，直接改CCR就行：

// 动态调节占空比到75%
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 750);

我曾经踩过的坑：在中断里直接调用HAL_TIM_PWM_Start()，结果死机了。后来发现，PWM启动只需要一次，不要在循环里反复启停。改占空比用SET_COMPARE宏就行，别动Start/Stop。

4.4 实战：舵机控制

舵机控制是PWM最经典的应用之一。我做过一个六足机器人，用了12个舵机，全是靠定时器PWM驱动的。舵机的控制原理其实很简单：

周期：20ms（50Hz）
0°：脉宽0.5ms（占空比2.5%）
90°：脉宽1.5ms（占空比7.5%）
180°：脉宽2.5ms（占空比12.5%）

配置代码：

// 舵机控制：50Hz PWM
// 72MHz / 71+1 = 1MHz
// 1MHz / 19999+1 = 50Hz
htim2.Init.Prescaler = 71;
htim2.Init.Period = 19999;    // ARR = 19999
HAL_TIM_PWM_Init(&htim2);

// 角度转脉宽函数
void Servo_SetAngle(uint8_t channel, uint16_t angle) {
    // angle: 0~180
    // 脉宽范围: 500~2500us
    // 1MHz下，1us = 1个计数
    uint16_t pulse = 500 + (angle * 2000 / 180);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, channel, pulse);
}

// 使用示例
Servo_SetAngle(TIM_CHANNEL_1, 90);  // 转到90°

关键点：舵机对PWM频率很敏感，必须是50Hz左右。频率偏差大了，舵机会抖动或者啸叫。我建议用示波器实测一下脉宽，别光靠算。另外，多个舵机共用一个定时器时，ARR是共享的，但每个通道的CCR独立，所以可以分别控制角度。

4.5 知识结构总览

下面这张图帮你理清本章的知识脉络：

4.6 常见问题与调试技巧

做PWM调试时，我总结了几条经验：

波形出不来？先检查GPIO复用功能配置，很多人忘了把引脚设为AF模式。
频率不对？用逻辑分析仪实测，别信计算器。时钟树配置错了，算得再准也没用。
舵机抖动？大概率是PWM频率不准，或者电源供电不足。舵机启动电流很大，别跟其他大负载共用一路电源。
占空比跳变？检查ARR和CCR的位数匹配。16位定时器，ARR最大65535，别超了。

调试小技巧：我习惯在代码里加一个调试模式，用串口打印PSC、ARR、CCR的实际值。这样不用示波器也能快速定位问题。另外，HAL库的HAL_TIM_PWM_Start()其实会重新加载影子寄存器，所以启动顺序很重要——先配置，再启动，别搞反了。

嗯，定时器和PWM这部分就聊到这儿。记住一句话：PSC管频率范围，ARR管频率精度，CCR管占空比。把这仨搞明白了，舵机控制、LED调光、电机调速都不在话下。