3、STM32定时器PWM输出：定时器概述、PWM模式配置、输出引脚映射
各位做嵌入式开发的朋友，今天咱们来聊聊STM32定时器输出PWM这件事。说实话，PWM这东西在项目里太常见了——调个LED亮度、控制个电机转速、驱动个舵机，哪哪都离不开它。我刚开始用STM32的时候，对着参考手册看了半天，总觉得定时器那堆寄存器有点绕。后来踩了几个坑，才慢慢摸清楚门道。
这一章，我就把定时器PWM输出的核心知识点掰开揉碎了讲。咱们从定时器整体结构说起，再到PWM模式怎么配，最后聊聊引脚映射那些容易出问题的地方。
3.1 STM32定时器家族概览
STM32的定时器，说白了就是一堆计数器。但不同型号的芯片，定时器资源差别还挺大。我最早用F103的时候，觉得定时器够用了，后来换到F407做电机控制，才发现高级定时器的互补输出和刹车功能有多香。
咱们先看看常见的定时器分类：
| 定时器类型 | 计数器位数 | 典型型号 | PWM输出能力 | 主要特点 |
|---|---|---|---|---|
| 基本定时器（TIM6/TIM7） | 16位 | 所有系列 | ❌ 无 | 仅用于定时、触发DAC |
| 通用定时器（TIM2~TIM5） | 16/32位 | F1/F4/F7/G4 | ✅ 4通道独立PWM | 最常用，带捕获/比较 |
| 高级定时器（TIM1/TIM8） | 16位 | F1/F4/F7/G4 | ✅ 带互补输出+刹车 | 电机控制、H桥驱动 |
| 低功耗定时器（LPTIM） | 16位 | L0/L4/L5 | ✅ 有限通道 | 低功耗模式下工作 |
关键点：做PWM输出，首选通用定时器。如果要做电机控制（需要互补PWM和死区插入），必须用高级定时器。我见过有人用通用定时器硬做H桥驱动，结果还得自己软件插死区，折腾得够呛。
每个通用定时器有4个捕获/比较通道（CH1~CH4），每个通道都可以独立输出PWM。这意味着一个定时器就能同时控制4路PWM，频率相同但占空比可以不同。嗯，这里要注意——频率是共享的，因为所有通道共用同一个计数器。
3.2 PWM模式配置实战
配置PWM输出，其实就三步：定频率、定极性、定占空比。我习惯先把这三件事想清楚再动手写代码。
3.2.1 频率怎么算？
PWM频率由三个参数决定：定时器时钟、预分频器（PSC）、自动重装载值（ARR）。公式很简单：
PWM频率 = 定时器时钟 / (PSC + 1) / (ARR + 1)举个例子，STM32F103的TIM2挂载在APB1上，时钟是72MHz。我想要一个20kHz的PWM，分辨率做到1000级（也就是占空比可以调0~999）：
72MHz / (PSC + 1) / (ARR + 1) = 20kHz
ARR + 1 = 1000 → ARR = 999
PSC + 1 = 72MHz / 20kHz / 1000 = 3.6 → PSC = 2.6
取整：PSC = 2，实际频率 = 72M / 3 / 1000 = 24kHz
或者：PSC = 3，实际频率 = 72M / 4 / 1000 = 18kHz注意：PSC和ARR都是整数，算出来有小数必须取整。我曾经在一个项目里没注意这个，算出来PSC=2.6直接写了2，结果频率偏了20%，电机嗡嗡响了好久才排查出来。
3.2.2 模式选择：PWM1还是PWM2？
STM32的PWM模式有两种：PWM模式1和PWM模式2。区别就一句话——有效电平的位置不同。
| 模式 | 向上计数时 | 向下计数时 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| PWM模式1 | CNT < CCR时有效，否则无效 | CNT > CCR时有效，否则无效 | 最常用，正逻辑控制 |
| PWM模式2 | CNT > CCR时有效，否则无效 | CNT < CCR时有效，否则无效 | 反逻辑或特殊波形需求 |
我个人习惯用PWM模式1，配合有效电平为高，这样占空比越大，输出高电平时间越长，逻辑上更直观。你想想看，CCR=500时占空比50%，CCR=900时占空比90%，多好理解。
3.2.3 代码配置示例
下面是一个完整的HAL库配置代码，输出20kHz、占空比50%的PWM：
// 1. 使能定时器时钟
__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();
// 2. 配置GPIO为复用推挽输出
GPIO_InitTypeDef gpio = {0};
gpio.Pin = GPIO_PIN_0; // TIM2_CH1
gpio.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
gpio.Pull = GPIO_NOPULL;
gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio);
// 3. 配置定时器时基
TIM_HandleTypeDef htim2 = {0};
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 3; // 72MHz / (3+1) = 18MHz
htim2.Init.Period = 999; // 18MHz / (999+1) = 18kHz
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
HAL_TIM_PWM_Init(&htim2);
// 4. 配置PWM通道
TIM_OC_InitTypeDef oc = {0};
oc.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
oc.Pulse = 500; // 占空比 500/1000 = 50%
oc.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
oc.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &oc, TIM_CHANNEL_1);
// 5. 启动PWM输出
HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);小技巧：调试时可以先配一个极低的频率（比如1Hz），用示波器看波形对不对。确认极性、占空比都正常了，再改回目标频率。这招帮我省了不少排查时间。
3.3 PWM输出引脚映射
定时器配置好了，代码写完了，结果PWM没输出？八成是引脚映射搞错了。STM32的定时器通道可以映射到多个GPIO引脚，但同一时刻一个通道只能映射到一个引脚。
3.3.1 默认映射与重映射
以TIM2为例，它的CH1默认在PA0，但通过AFIO（或GPIO_AFR寄存器）可以重映射到其他引脚：
| 定时器通道 | 默认引脚 | 重映射引脚（部分型号） | 备注 |
|---|---|---|---|
| TIM2_CH1 | PA0 | PA15 | F1系列支持 |
| TIM2_CH2 | PA1 | PB3 | 注意与JTAG冲突 |
| TIM2_CH3 | PA2 | PB10 | — |
| TIM2_CH4 | PA3 | PB11 | — |
避坑指南：我曾经在F103上把TIM2_CH2重映射到PB3，结果怎么都不输出。查了半天才发现PB3是JTDO引脚，调试器占着呢！后来换了PB10才搞定。所以选引脚时一定要先看原理图，确认这个引脚没有被其他外设占用。
3.3.2 重映射配置方法
在F1系列中，重映射通过AFIO寄存器配置：
// 使能AFIO时钟
__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();
// 将TIM2_CH1重映射到PA15
__HAL_AFIO_REMAP_TIM2_PARTIAL();在F4/G4系列中，重映射通过GPIO的AFR寄存器配置，更灵活：
// 将PA0配置为TIM2_CH1（AF1）
gpio.Alternate = GPIO_AF1_TIM2;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio);3.4 知识体系总览
说了这么多，咱们用一张图把定时器PWM输出的整体流程串起来：
这张图把整个配置流程串起来了。你从定时器选型开始，沿着箭头往下走，每一步都有对应的配置要点。我建议你下次做PWM项目时，先对着这张图把思路理清楚，再动手写代码。
3.5 常见问题与排查思路
最后，我把自己这些年遇到的PWM输出问题总结了一下，列成清单，方便你排查：
- 没有波形输出：先检查GPIO模式是不是AF_PP，再确认定时器时钟有没有使能，最后看HAL_TIM_PWM_Start有没有调用。
- 频率不对：算一下PSC和ARR的取值，注意整数取整带来的误差。用示波器实测频率，跟计算值对比。
- 占空比不对：检查CCR值是否在0~ARR范围内。如果CCR=0或CCR=ARR，输出就是恒低或恒高，看起来像没PWM。
- 引脚没输出：确认引脚映射是否正确，有没有被其他外设占用（尤其是JTAG/SWD引脚）。
- 波形抖动：检查定时器时钟是否稳定，有没有在中断里修改CCR值导致不同步。
我的调试习惯：先配一个极低的频率（比如10Hz），占空比设50%，用LED或者示波器看效果。确认基础功能正常后，再改到目标频率。这样能快速定位问题是出在配置上还是参数计算上。
好了，这一章的内容就到这里。PWM输出说难不难，但细节确实不少。你把定时器选型、频率计算、模式配置、引脚映射这几个环节都搞清楚了，后面做项目就会顺手很多。