【STM32】江科大学习笔记——TIM定时中断2（输出比较功能）

STM32 PWM输出比较应用详解

原创于 2025-11-18 23:57:53 发布 · 715 阅读

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#stm32 #学习 #笔记 #嵌入式硬件 #c语言

该笔记基于B站江科大视频内容结合自己的理解进行编写，如有错误，请指正。视频结合笔记共同食用，效果更佳哦~

TIM（Timer，定时器），是 STM32 中功能最强大、结构最复杂的一个外设，学习内容较多，所以 TIM 部分分为 4 个部分，本文为第 2 部分，围绕 TIM 的输出比较功能进行展开。输出比较这个模块最常见的作用就是产生 PWM 波形，用于驱动电机等设备，所以该部分将学习使用 STM32 输出的 PWM 波形驱动舵机和直流电机。

输出比较简介

输出比较功能主要用来输出 PWM 波形，PWM 波形又是驱动电机的必要条件，如果想用 STM32 实现电机相关项目，比如智能车、机器人等，就需要掌握好这个内容。

输出比较（OC，Output Compare），可以通过比较 CNT（计数器）和 CCR（捕获/比较寄存器）寄存器值的关系，来对输出电平进行置 1、置 0 或翻转的操作，从而输出特定频率和占空比的 PWM 波形。这就是输出比较模块最主要的功能。
CNT 计数自增，给定 CCR 一个值，当 CNT＞CCR、CNT＜CCR、CNT=CCR 时，输出就会对应的置 1 或 0，实现输出一个电平不断跳变的 PWM 波形。

所有高级定时器和通用定时器均配备 4 个输出比较通道。其中高级定时器的前 3 个通道还支持死区生成和互补输出功能，可以用于驱动三相无刷电机，本章暂时不作为重点内容，主要学习通用定时器的输出比较功能。

PWM 简介

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是一个数字输出信号，由高低电平组成的连续变化电平信号，如下图所示：

在这里插入图片描述

图2-1

PWM 的作用是在具有惯性的系统中，可以通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的模拟参量，常应用于电机控速等领域。简而言之，就是使用 PWM 波形等效地实现一个模拟信号的输出，如下图所示：

在这里插入图片描述

图2-2 PWM 波形与模拟信号的等效关系

当高电平时间占比大于低电平，等效的模拟量偏上；当高电平时间占比小于低电平，等效的模拟量偏下。
在 LED 呼吸灯实验中，按理说对于数字输出控制 LED，LED 只能有亮灭两种状态，但通过 PWM 却可以实现亮度调节。PWM 让 LED 亮灭交替，当亮灭的频率足够高时，LED 就不会闪烁了，而是呈现出稳定的中间亮度。通过精确控制亮灭的时间比例，就能实现亮度调节，电机调速也是同样原理。这就是 PWM 的基本思想。

需要注意的是，PWM 的应用必须满足一个前提条件：系统需要具备惯性特性。比如 LED，由于余晖和人眼视觉暂留现象，LED 在断电后不会立即熄灭，而是有一定的惯性，需经过一段短暂的时间才会熄灭。同理，电机在断电时也不会瞬间停止，而是会经历一个逐渐减速的过程。这样具有惯性的系统才适用 PWM。

在使用 PWM 时，需要关注以下几个参数：

$\frac{1}{高低电平跳变周期时间T_S}$

PWM 频率越快，等效的模拟信号就越平稳，但性能开销越大。一般来说 PWM 频率在几千赫到几十千赫，这个频率已经足够快了。

$\frac{高电平时间T_{ON}}{T_S}$

占空比=50%，表示高低电平时间相等；占空比=20%，表示高电平占 20%，低电平占 80%；占空比=100%，表示一直维持高电平；占空比=0%，表示一直维持低电平。这就是占空比，决定了 PWM 等效的模拟电压大小。占空比越大，等效的模拟电压越趋于高电平，占空比越小，等效的模拟电压越趋于低电平。这个等效关系一般来说是线性的，比如高电平=5V，低电平=0V，则占空比=50%等效中间电压 2.5V，占空比=20%等效 1V。

$分辨率 = 占空比变化步距$

比如有的占空比只能是 1%、2%、3% 这样以 1% 的步距跳变，其分辨率就是 1%；如果占空比可以 1.1%、1.2%、1.3% 这样以 0.1% 的步距跳变，其分辨率就是 0.1%。所以分辨率就是占空比变化的精细程度。分辨率的高低根据项目需求决定。如果既要高频率，又要高分辨率，这就对硬件电路要求比较高。要求不高，1% 的分辨率足够。

以上就是本小节的所有内容。

输出比较模块工作原理

通用定时器

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图3-1 通用定时器输出比较部分电路（高级定时器第 4 输出通道结构基本一致）

上图对应通用定时器以下电路：

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图3-2

图3-1中，当【CNT＞CCR1】或者【CNT=CCR1】时，会给【输出模式控制器】传递信号，然后【输出模式控制器】会改变其输出的【oc1ref】（ref 是 reference 的缩写，意为参考信号）的高低电平。

【输出模式控制器】上还有【ETRF】输入，是定时器的一个小功能，一般不用，暂时不需要了解。

接着【oc1ref】可以前往主模式控制器，即可以把该信号映射到主模式的 TRGO 输出上。

在这里插入图片描述

图3-3

不过【oc1ref】的主要去向还是另一条路，前往极性选择电路。

在这里插入图片描述

图3-4

当给寄存器【CC1P】写 0，信号往上走，电平保持不变，输出与输入一致；写 1，信号往下走，经非门取反后输出，实现电平翻转。这就是极性选择。

信号随后进入【输出使能电路】，由该电路决定是否进行输出。若选择输出，信号将被传送至【OC1】引脚，对应图3-2的 CH1 引脚，具体对应的GPIO端口可在引脚定义表中查询。

接下来看下【输出模式控制器】的执行逻辑，如下表所示：

表3-1 输出比较的 8 种模式

模式	描述	举例
冻结	CNT=CCR 时，REF 保持为原状态	当遥控车以50%占空比的速度行驶时： 1. 若进入冻结模式后引脚保持高电平，车辆将立即转为全速前进 2. 若引脚变为低电平，车辆将惯性滑行直至完全停止
匹配时置有效电平	CNT=CCR 时，REF 置有效电平	不适合输出连续变化的波形
匹配时置无效电平	CNT=CCR 时，REF 置无效电平	不适合输出连续变化的波形
匹配时电平翻转	CNT=CCR 时，REF 电平翻转	当 CCR 设为 0 时，CNT 计数器每次清零都会触发 CNT=CCR 事件，导致输出电平翻转。由于每两次翻转构成一个完整周期，因此高低电平持续时间相等，从而实现 50% 的占空比。需注意，调整定时器更新频率将直接影响 PWM 信号的输出频率。
强制为无效电平	忽略 CNT 与 CCR，REF 强制为无效电平	遥控信号丢失时，遥控车停止驱动电机。
强制为有效电平	忽略 CNT 与 CCR，REF 强制为有效电平	无人机传感器检测到高度骤降时紧急全速拉升。
PWM 模式 1	向上计数：CNT＜CCR 时，REF 置有效电平，CNT≥CCR 时，REF 置无效电平向下计数：CNT＞CCR 时，REF 置无效电平，CNT≤CCR 时，REF 置有效电平	-
PWM 模式 2	向上计数：CNT＜CCR 时，REF 置无效电平，CNT≥CCR 时，REF 置有效电平向下计数：CNT＞CCR 时，REF 置有效电平，CNT≤CCR 时，REF 置无效电平	-

【输出模式控制器】的模式可以通过配置寄存器【OC1M[2:0]】进行选择。

“PWM 模式 1” 和 “PWM 模式 2” 只是极性上取反的区别，实际只使用 “PWM 模式 1” + “向上计数” 这种模式即可。那这种模式是如何输出频率和占空比都可调的 PWM 波形呢？

在这里插入图片描述

图3-5 PWM 基本结构（PWM 模式 1、向上计数）

上图中，蓝线是【CNT 计数器】的值，黄线是【ARR 自动重装器】的值。蓝线从 0 开始递增，达到黄线数值后自动归零，从而开启新的计数周期。红线是【CCR 捕获/比较器】的值，绿线则显示 PWM 波形的实际输出。
观察得到，蓝线小于红线时（CNT＜CCR），绿线处于高电平；蓝线大于红线时（CNT≥CCR），绿线处于低电平。
由此可见，绿线 PWM 的占空比是受红线 CCR 控制，CCR 越大，占空比越大，反之越小。黄线 ARR 越大，绿线 PWM 频率越小，ARR 越小，PWM 频率越大。
由此证明【REF】是一个频率和占空比均可调制的 PWM 波形。最终再经过【极性选择输出使能】输出到【GPIO】。这样就完成 PWM 波形的输出了。

图3-5中可以获得参数：
$\begin{aligned} PWM 频率Freq = 计数器时钟 CK\_CNT &= \frac{\frac{CK\_PSC}{PSC+1}}{ARR+1} \\ &= \frac{72,000,000}{99+1} \\ &= 720kHz \end{aligned} \\ PWM 占空比 Duty = \frac{CCR}{ARR+1} = \frac{30}{99+1}=30\% \\ PWM 分辨率 Reso = \frac{1}{ARR+1} = \frac{1}{99+1}=1\%$

PWM 分辨率是指占空比可调节的最小单位（步距）。因此 CCR 的取值范围应该在 [0, ARR+1]。
CCR=ARR+1 时，占空比正好=100%，此时若继续增大 CCR 值也不会改变占空比，没有意义。因此，ARR 值决定了 CCR 的最大取值，ARR 越大则 CCR 调节范围越广，相应的 PWM 分辨率也越高。

高级定时器（可选）

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图3-6 高级定时器前 3 个通道的输出比较部分电路

虽然视频教程说明这部分电路仅需了解即可，无需掌握，但我仍决定记录下来，以备后续可能的使用需求。

与图3-1进行对比可见，高级定时器的输出比较部分仅额外增加了如下电路：

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图3-7

要理解上图所选电路的功能，需结合下图外部电路综合分析：

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图3-8

上图【P-MOS】和【N-MOS】左边是控制极，若【OC1】输入高电平，则【P-MOS】导通，若【OC1】输入低电平，则【P-MOS】断开，【N-MOS】同理。这就是一个基本的推挽电路。

若【P-MOS】导通，【N-MOS】断开，则输出高电平；若【P-MOS】断开，【N-MOS】导通，则输出低电平；若【P-MOS】【N-MOS】都导通，则电源短路，这是不允许的；若【P-MOS】【N-MOS】都断开，则输出就是高阻态。这就是推挽电路的工作流程。

采用两个图3-8所示的推挽电路即可构成H桥电路，实现对直流电机的正反转控制。若增加到三个推挽电路，则可用于驱动三相无刷电机。

若需要使用单片机控制推挽电路，就需要 2 个控制极，且这 2 个控制极需保持互补电平（即电平相反）。理解了推挽电路的这个基本要求后，图3-7中的电路原理就很容易掌握了。

【OC1】【OC1N】是一对互补的输出，在切换【P-MOS】【N-MOS】状态时，若【P-MOS】断开瞬间【N-MOS】导通，由于器件的不理想，可能【P-MOS】未完全断开，而【N-MOS】已经导通，出现了短暂的短路，这种短路会产生额外功率损耗并导致器件发热。
为解决这一问题，设计了死区生成电路。它会在【P-MOS】断开时延迟一段时间后再导通【N-MOS】，【N-MOS】断开时延迟一段时间后再导通【P-MOS】。通过这种时序控制，可确保两个MOS管不会同时导通。

以上就是死区生成和互补输出的内容，了解一下即可。

舵机简介

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舵机是一种根据输入的 PWM 信号占空比来控制输出角度的装置。

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图4-1 SG90 舵机

上图舵机有 3 根输入线，2 根电源线，1 根信号线，PWM 信号就是通过信号线控制舵机角度。

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图4-2 舵机拆解图

从上图可以看出，舵机内部是由【直流电机】驱动的，【舵机内部电板】是电机的控制系统，大概的执行逻辑是，PWM 信号输入【舵机内部电板】后设定目标角度，然后【电位器】检测输出轴的当前角度，若大于目标角度，电机反转，若小于目标角度，电机正转，最终使输出轴固定在指定角度。

输入 PWM 信号的要求：

周期为 20ms，即 $\frac{1}{0.02} = 50Hz$ 。
高电平宽度为 0.5ms 到 2.5ms，即占空比范围，占空比对应的角度如下图：

图4-3 SG90 舵机占空比对应的角度

舵机中 PWM 波形其实是当作一个通信协议来使用的，和前文提到的用 PWM 波形等效模拟输出关系不大。

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图4-4

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图4-5

电机通常属于大功率设备，因此需要配备相应的大功率驱动电源。建议采用图4-5所示的独立【电机电源】供电方案。若无法单独供电，则需确保电源功率满足要求。

当使用独立供电时，需注意：

【电机电源】的负极必须与STM32共地
【电机电源】的正极连接至【5V】供电引脚。由于该舵机内置驱动电路，可直接与STM32引脚相连。

以上就是舵机的所有内容。

直流电机及驱动简介

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图5-1 130 直流电机

直流电机是一种将电能转换为机械能的装置，有 2 个电极，当电极正接时，电机正转，当电极反接时，电机反转。

直流电机属于大功率器件，无法通过 GPIO 口直接驱动，需要配合电机驱动电路来操作。图5-1中的直流电机就是一个单独的电机，没有内置驱动电路，因此需要外接驱动电路进行控制。市场上有多种成熟的驱动方案可供选择，包括 TB6612、DRV8833、L9110 和 L298N 等常见的驱动芯片。此外，也可采用分离 MOS 管搭建驱动电路，这种方式不仅能实现更大的驱动功率，同时也为用户提供了自主搭建电路的选择。

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图5-2 TB6612 直流电机驱动电路

TB6612 是一款采用双路H桥结构的直流电机驱动芯片，可同时驱动两个直流电机并精确控制其转速和转向。得益于 H 桥设计中每路配备的 4 个开关管，该芯片能够实现电机的正反转控制。相比之下，ULN2003 等单开关管结构的驱动芯片仅能实现单向电机控制。

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图5-3 H 桥型电路基本结构

上图展示的是 H 桥电路的基本结构，由左右两组推挽电路构成。其中【O1】和【O2】端子用于连接电机。当左上和右下开关导通时，电流路径为：左上→【O1】→电机→【O2】→右下；当左下和右上开关导通时，电流方向变为：右上→【O2】→电机→【O1】→左下。通过切换导通状态可改变电流流向，从而实现电机的正反转控制。

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图5-4 TB6612 电机驱动模块的硬件电路

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图5-5 TB6612 电机驱动模块引脚定义

图5-4展示了TB6612电机驱动模块的硬件电路连接方式：

【VM】接【电机电源】正极，需使用独立的大电流电源（与舵机供电方式相同）。如图5-5所示，【VM】为驱动电压输入端，支持4.5V-10V输入，建议与电机额定电压匹配（例如5V电机接5V电源）。
【VCC】是逻辑电平输入端，范围是 2.7V 到 5.5V，这个要和控制器的电源保持一致，比如 STM32 是 3.3V 器件，【VCC】就接 3.3V。若是 51 单片机，是 5V 的器件，则【VCC】接 5V。
所有【GND】端子内部互通，连接系统负极时只需接一个即可。
【AO1】【AO2】接电机两极。
【PWMA】【AIN1】【AIN2】直接接 STM32 GPIO 口即可，【PWMA】要接 PWM 输出端，这三个引脚提供低功率控制信号，驱动电路将从【VM】获取电流驱动电机，实现小信号控制大功率设备。
B 路同理。
【STBY】是待机控制引脚，若接 GND，则驱动芯片不工作，处于待机状态，若接逻辑电源 VCC，则芯片正常工作。无需待机功能时，建议直接连接VCC。需要待机控制时，可连接任意GPIO引脚，通过输出高低电平来切换工作/待机状态。

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图5-6 电机方向和转速控制电平对照表

上图中：

当【IN1】【IN2】为高电平，则【O1】【O2】输出低电平，【O1】【O2】没有电压差，电机不工作。
当【IN1】【IN2】为低电平，则【O1】【O2】关闭，电机不工作。

由此可见，只有当【IN1】和【IN2】电平不同时（一高一低），电机才可能运转。此时电机的运行状态完全取决于【PWM】信号电平，这正是利用PWM技术实现模拟信号等效控制的关键所在。

以上就是直流电机的所有内容。

实验：PWM 驱动 LED 呼吸灯

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重映射TIM2_CH1（这部分暂时不做记录）

实验材料

STM32F103C8T6
0.96 寸 4 脚OLED 显示屏
LED 灯
ST-LINK 仿真器
面包板

在这里插入图片描述

图6-1 PWM 驱动 LED 呼吸灯接线图

需要注意的是，这里 LED 的正极接在 PA0 引脚，负极接在 GND，与之前的连接方式相反，所以现在高电平点亮，低电平熄灭。

实验目标
通过配置 TIM2 通用定时器产生 1kHz 频率、1% 分辨率的 PWM 信号输出至 PA0 引脚，驱动 LED 实现呼吸效果。TIM2 采用内部时钟源作为驱动时钟。
在 OLED 中显示 CCR 值。（这是我自己加上的）

实验原理
已知：
$\frac{CK\_CNT}{ARR + 1} = \frac{\frac{CK\_PSC}{PSC+1}}{ARR+1} \\ PWM分辨率 = \frac{1}{ARR+1}$
代入数值得：
$\begin{aligned} &ARR + 1 = 100 \\ &PSC + 1 = \frac{CK\_PSC}{(ARR+1) \times PWM频率} = \frac{72,000,000}{100 \times 1000} = 720 \end{aligned}$

核心代码

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"

#define ARR (100 - 1)
#define PSC (720 - 1)

uint8_t pwm_resolutoin;    // PWM 分辨率

int main(void)
{
	OLED_Init();
	OLED_ShowString(1, 1, "CCR:");
	
	/* 1.开启 TIM、GPIO 时钟 */
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);    // 开启通用定时器TIM2时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);    // 开启 GPIOA 时钟
	
	/* 2.配置时基单元 */
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);    // 通用定时器TIM2的时钟源设置为内部时钟（定时器上电默认选择内部时钟，所以该行代码可以不写，但为了步骤完整还是协商比较好）
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;    // 设置外部时钟的输入滤波器采样频率，不影响计数周期，本次实验可随便选
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;    // 计数器选择向上计数模式
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = ARR;    // 自动重装器值 ARR 设置为为 99，即计数 100 次
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = PSC;    // 预分频器值 PSC 设置为 719，即分频系数为 720，将内部时钟从 72,000,000Hz 降到 100000Hz，即 100kHz，此为 CK_CNT
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;    // 重复计数器值设置为 0，因为TIM2是通用定时器，没有该模块
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);    // 初始化时基单元
	
	/* 3.配置输出比较单元 */
	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);    // 给配置结构体赋值默认值，因为部分配置项不需要在通用定时器中使用，为避免出现错误，可先赋值默认值，再修改需要使用的配置项
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;    // 设置输出比较模式
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;    // 设置输出比较匹配时的极性，TIM_OCPolarity_High 表示比较匹配时置高电平
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;    // 设置输出使能状态，决定能否输出 PWM 到引脚
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;    // 设置捕获/比较寄存器 CCR 的初始值为 0，即占空比为 0%，LED 是熄灭状态
	TIM_OC1Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);    // 设置 TIM2 使用 OC1 通道输出 PWM 信号
	
	/* 4.配置 GPIO */
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;    // TIM2 使用 OC1 通道输出信号需要引脚具备 TIM2_CH1 的功能，查阅手册可以得知 PA0 符合条件
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;    // 选择复用推挽输出模式。开漏/推挽输出是由输出数据寄存器控制的，若想让定时器控制引脚，就需要使用复用开漏/推挽输出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	/* 5.运行控制 */
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);    // 启动 TIM2 通用定时器，这样 PWM 波形就可以通过 PA0 引脚输出了
	
	while(1)
	{
		for(pwm_resolutoin = 0; pwm_resolutoin < ARR; pwm_resolutoin++)
		{
			OLED_ShowNum(1, 5, pwm_resolutoin, 3);
			TIM_SetCompare1(TIM2, pwm_resolutoin);    // 设置 CCR
			Delay_ms(10);
		}
		for(pwm_resolutoin = ARR; pwm_resolutoin > 0; pwm_resolutoin--)
		{
			OLED_ShowNum(1, 5, pwm_resolutoin, 3);
			TIM_SetCompare1(TIM2, pwm_resolutoin);    // 设置 CCR
			Delay_ms(10);
		}
	}
}

实验：PWM 驱动舵机

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实验材料

STM32F103C8T6
0.96 寸 4 脚OLED 显示屏
SG90 舵机
直插 2 脚轻触开关
ST-LINK 仿真器
面包板

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图7-1 PWM 驱动舵机接线图

舵机正极接 5V 电压，STM32 无法提供足够电压，无法驱动舵机，所以接在 ST-LINK 仿真器的 5V 输出，由 USB 提供。

实验目标
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利用 TIM2-CH2 输出 50Hz PWM（0.5 - 2.5ms 脉宽对应 0~180°），每按一次 PB1 按键角度增加 30°，超 180° 归零，并在 OLED 屏上显示当前角度值。

实验原理
$F_{PWM} = \frac{1s}{20ms} = \frac{1}{0.02} = 50Hz$

$F_{PWM} = \frac{CK\_CNT}{ARR + 1} = \frac{\frac{CK\_PSC}{PSC+1}}{ARR+1} = \frac{\frac{72,000,000}{PSC+1}}{ARR+1} = 50$

PSC 和 ARR 的值并不是唯一的，可以自己多次尝试，这里直接使用：
$\\ ARR + 1 = 20,000$

故：
$-90°：\frac{CCR}{ARR+1} = \frac{0.5ms}{20ms}，则CCR = \frac{0.5 \times 20000}{20} = 500$

$90°：\frac{CCR}{ARR+1} = \frac{2.5ms}{20ms}，则CCR = \frac{2.5 \times 20000}{20} = 2500$

得到 CCR 的取值范围为 500 到 2500。

核心代码

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"

#define ARR (20000 - 1)
#define PSC (72 - 1)

uint8_t Angle;    // 舵机旋转轴角度

int main(void)
{
	OLED_Init();
	OLED_ShowString(1, 1, "Angle:");
	OLED_ShowNum(1, 7, Angle, 3);
	
	/* 1.开启 TIM、GPIO 时钟 */
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);    // 开启通用定时器 TIM2 时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);    // 开启 GPIOA 时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);    // 开启 GPIOB 时钟
	
	/* 2.配置时基单元 */
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);    // 通用定时器TIM2的时钟源设置为内部时钟（定时器上电默认选择内部时钟，所以该行代码可以不写，但为了步骤完整还是协商比较好）
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;    // 设置外部时钟的输入滤波器采样频率，不影响计数周期，本次实验可随便选
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;    // 计数器选择向上计数模式
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = ARR;    // 自动重装器值 ARR 设置为为 19999，即计数 20000 次
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = PSC;    // 预分频器值 PSC 设置为 71，即分频系数为 72，将内部时钟从 72,000,000Hz 降到 1,000,000Hz，即 1MHz，此为 CK_CNT
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;    // 重复计数器值设置为 0，因为TIM2是通用定时器，没有该模块
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);    // 初始化时基单元
	
	/* 3.配置输出比较单元 */
	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);    // 给配置结构体赋值默认值，因为部分配置项不需要在通用定时器中使用，为避免出现错误，可先赋值默认值，再修改需要使用的配置项
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;    // 设置输出比较模式
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;    // 设置输出比较匹配时的极性，TIM_OCPolarity_High 表示比较匹配时置高电平
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;    // 设置输出使能状态，决定能否输出 PWM 到引脚
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;    // 设置捕获/比较寄存器 CCR 的初始值为 0，即占空比为 0%，LED 是熄灭状态
	TIM_OC2Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);    // 设置 TIM2 使用 OC2 通道输出 PWM 信号
	
	/* 4.配置 GPIO */
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure_PWM;
	GPIO_InitStructure_PWM.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;    // TIM2 使用 OC2 通道输出信号需要引脚具备 TIM2_CH2 的功能，查阅手册可以得知 PA1 符合条件
	GPIO_InitStructure_PWM.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;    // 选择复用推挽输出模式。开漏/推挽输出是由输出数据寄存器控制的，若想让定时器控制引脚，就需要使用复用开漏/推挽输出模式
	GPIO_InitStructure_PWM.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure_PWM);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure_Button;
	GPIO_InitStructure_Button.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;    // 选择上拉输入模式，默认高电平
	GPIO_InitStructure_Button.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure_Button.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure_Button);
	
	/* 5.运行控制 */
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);    // 启动 TIM2 通用定时器，这样 PWM 波形就可以通过 PA0 引脚输出了
	TIM_SetCompare2(TIM2, 500);    // 舵机旋转轴角度归零（复位）
	
	while(1)
	{
		if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)
		{
			// 消除按键抖动
			Delay_ms(20);
			while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0);
			Delay_ms(20);
			
			Angle += 30;    // 每次按键旋转30°
			
			// 超过舵机旋转角度则复位
			if(Angle > 180)
			{
				Angle = 0;
			}
			TIM_SetCompare2(TIM2, Angle / 180.0 * 2000 + 500);    // 将角度转换为 CCR
			OLED_ShowNum(1, 7, Angle, 3);
		}
	}
}

实验：PWM 驱动直流电机

B站空降链接

实验材料

STM32F103C8T6
0.96 寸 4 脚OLED 显示屏
直流电机
TB6612 电机驱动模块
ST-LINK 仿真器
面包板

在这里插入图片描述

图8-1 PWM 驱动直流电机接线图

实验目标
在 STM32 上利用 PWM 驱动直流电机，通过按键循环调速：每次按下按键（消抖后）速度 +20，超过 100 后自动归零并立即反转方向；转速值始终保持在 0-100 之间；OLED 实时显示带符号的转速值（-100到100）。

核心代码

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"

#define ARR (200 - 1)
#define PSC (720 - 1)

uint8_t Speed;    // 直流电机转速，速度范围规定为 0 ~ 100
int8_t Direaction = 1;    // 旋转方向，1 代表正转，-1 代表反转

int main(void)
{
	OLED_Init();
	OLED_ShowString(1, 1, "Speed:");
	OLED_ShowSignedNum(1, 7, Speed, 3);
	
	/* 1.开启 TIM、GPIO 时钟 */
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);    // 开启通用定时器 TIM2 时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);    // 开启 GPIOA 时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);    // 开启 GPIOB 时钟
	
	/* 2.配置时基单元 */
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);    // 通用定时器TIM2的时钟源设置为内部时钟（定时器上电默认选择内部时钟，所以该行代码可以不写，但为了步骤完整还是协商比较好）
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;    // 设置外部时钟的输入滤波器采样频率，不影响计数周期，本次实验可随便选
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;    // 计数器选择向上计数模式
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = ARR;    // 自动重装器值 ARR 设置为为 99，即计数 100 次
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = PSC;    // 预分频器值 PSC 设置为 719，即分频系数为 720，将内部时钟从 72,000,000Hz 降到 100000Hz，即 100kHz，此为 CK_CNT
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;    // 重复计数器值设置为 0，因为TIM2是通用定时器，没有该模块
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);    // 初始化时基单元
	
	/* 3.配置输出比较单元 */
	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);    // 给配置结构体赋值默认值，因为部分配置项不需要在通用定时器中使用，为避免出现错误，可先赋值默认值，再修改需要使用的配置项
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;    // 设置输出比较模式
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;    // 设置输出比较匹配时的极性，TIM_OCPolarity_High 表示比较匹配时置高电平
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;    // 设置输出使能状态，决定能否输出 PWM 到引脚
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;    // 设置捕获/比较寄存器 CCR 的初始值为 0，即占空比为 0%，LED 是熄灭状态
	TIM_OC3Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);    // 设置 TIM2 使用 OC3 通道输出 PWM 信号
	
	/* 4.配置 GPIO */
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure_PWM;
	GPIO_InitStructure_PWM.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;    // TIM2 使用 OC3 通道输出信号需要引脚具备 TIM2_CH3 的功能，查阅手册可以得知 PA2 符合条件
	GPIO_InitStructure_PWM.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;    // 选择复用推挽输出模式。开漏/推挽输出是由输出数据寄存器控制的，若想让定时器控制引脚，就需要使用复用开漏/推挽输出模式
	GPIO_InitStructure_PWM.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure_PWM);    // 配置 PWM 输出引脚
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure_Motor;
	GPIO_InitStructure_Motor.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;    // 选择推挽输出模式
	GPIO_InitStructure_Motor.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
	GPIO_InitStructure_Motor.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure_Motor);    // 配置直流电机方向控制引脚
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure_Button;
	GPIO_InitStructure_Button.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;    // 选择上拉输入模式，默认高电平
	GPIO_InitStructure_Button.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure_Button.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure_Button);    // 配置按钮引脚
	
	/* 5.运行控制 */
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);    // 启动 TIM2 通用定时器，这样 PWM 波形就可以通过 PA2 引脚输出了
	// TIM_SetCompare3(TIM2, 0);    // 舵机旋转轴角度归零（复位）
	
	while(1)
	{
		if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)
		{
			// 消除按键抖动
			Delay_ms(20);
			while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0);
			Delay_ms(20);
			
			Speed += 20;
			if(Speed > 100)    // 速度超过设置范围时归零且切换旋转方向
			{
				Speed = 0;
				Direaction = -Direaction;
			}
			
			if(Direaction == 1)
			{
				GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);
				GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
			}
			else
			{
				GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);
				GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
			}
			
			TIM_SetCompare3(TIM2, Speed);    // 设置 CCR 控制旋转速度
			OLED_ShowSignedNum(1, 7, Speed * Direaction, 3);
		}
	}
}