STM32 PWM 不输出？从硬件到代码全链路排查

原创于 2025-12-07 16:31:57 发布 · 398 阅读

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STM32 PWM 不输出？从硬件到代码全链路排查

你有没有遇到过这种情况：代码写得一丝不苟，CubeMX 配置得明明白白，编译通过、下载运行一气呵成——但拿示波器一测，引脚上 干干净净，啥也没有 ？

没错，就是那个让人抓狂的“STM32 PWM 没输出”问题。不是频率不对，也不是占空比不准，而是 完全静默 ，仿佛你的定时器压根不存在。

别急，这事儿我经历过太多次了。有时候是某个时钟忘了开，有时候是 AF 编号配错了，甚至有一次是因为 JTAG 把 PB4 给“劫持”了……说多了都是泪 😅。

今天咱们就来一次 硬核排雷之旅 ，不讲虚的，只聊实战。从你手里的开发板开始，一步步往下挖，直到把那个藏在角落里的 Bug 找出来为止。

先问自己三个灵魂问题

在打开 Keil 或 VS Code 之前，请先冷静下来，问问自己：

这个引脚真的能输出 PWM 吗？
定时器的时钟是不是真的打开了？
我有没有调用启动函数？

如果你的答案有任何一个是“不确定”，那咱们就得从头开始了。

PWM 看似简单，实则是一条由多个环节串联而成的信号通路。任何一个节点断了，整个链条就崩了。我们得像查电路一样，一段一段地测。

第一层：物理世界 —— 硬件连接与测量方法

别笑，很多“软件问题”其实是硬件没接对。

你是怎么测量的？

用的是 示波器 还是 万用表 ？
探头接地夹有没有可靠接地？
测的是不是正确的引脚？

举个真实案例：有位朋友调试半天没波形，最后发现他测的是 PA6，而代码里配置的是 PB4……两个引脚长得太像了，焊错一个就全盘皆输 🤦‍♂️。

👉 建议操作 ：
- 用飞线或杜邦线引出目标引脚，确保测量准确。
- 示波器设置为 DC 耦合，触发模式设为边沿触发，时间轴拉到 1ms/div 左右。
- 如果只能看到一条直线，先看看它是高电平还是低电平：
- 恒高 → 可能极性反了，或者 CCR 设置过大
- 恒低 → 很可能根本没启动，或是时钟未使能
- 完全不动 → 引脚没复用成功，或被其他功能锁住

外围电路会不会拖后腿？

有些新手喜欢直接在 PWM 引脚上挂 MOSFET 或 LED，结果驱动电流太大导致电压被拉低，波形畸变甚至消失。

更糟的是加了个大电容去“滤波”，好家伙，直接把方波变成了一条斜线……

⚠️ 记住：调试阶段一定要 空载测量 ！等确认波形正常后再接入负载。

第二层：芯片门口 —— GPIO 配置与复用功能

现在我们进入芯片内部的第一道门：GPIO。

STM32 的每个 IO 引脚都像个十字路口，可以走普通输入/输出，也可以切换到各种外设功能（UART、SPI、TIM…）。你要让 PWM 信号“上路”，就必须把这条路指对。

复用功能（Alternate Function）到底怎么选？

比如你想用 TIM3_CH1 输出 PWM，查数据手册会发现它可以在多个引脚上出现：

引脚	AF 编号
PA6	AF2
PB4	AF2
PC6	AF2

看起来都一样是 AF2？但注意！虽然编号相同， 它们属于不同的端口组 ，必须分别开启对应的时钟。

__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); // 忘了这句？PB4 直接失效！

常见错误如下：

gpio.Alternate = GPIO_AF1_TIM3; // ❌ 错了！PB4 上是 AF2，不是 AF1

这种错误编译器不会报错，程序也能跑，但就是没信号。因为 AF1 根本不对应 TIM3。

📌 解决办法 ：
- 查《Datasheet》里的 “Pinouts and pin description” 表格
- 或者用 CubeMX 打开项目，鼠标悬停在引脚上，它会自动显示可用功能和 AF 编号 ✅

推挽输出为什么重要？

PWM 通常需要较强的驱动能力，所以推荐使用：

gpio.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;        // 复用推挽
gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;  // 高速响应

如果用了开漏模式（OD），在没有上拉电阻的情况下，上升沿会非常缓慢，严重时根本达不到高电平。

第三层：时间源头 —— 时钟系统与倍频陷阱

这是最容易踩坑的一环，也是大多数人算错 PWM 频率的根本原因。

你以为 TIM3 的时钟就是 APB1 的频率？错！

STM32 的定时器时钟有个“潜规则”

我们以经典的 STM32F407 为例：

系统主频 HCLK = 168 MHz
APB1 总线预分频 /4 → PCLK1 = 42 MHz

按理说挂在 APB1 上的 TIM2~TIM5 应该也工作在 42MHz？

错！

只要 APBx 的预分频系数 ≠ 1，ST 就会在内部把这个时钟 自动 ×2 ！

所以实际结果是：

TIMxCLK = 42 MHz × 2 = 84 MHz

这就意味着，哪怕你的外设总线跑得慢，定时器照样能输出高频 PWM。

💡 这个设计其实很聪明：既节省功耗（APB1 不必超频），又保证定时精度。

但代价是—— 开发者容易误判时钟源 。

如何验证当前定时器的真实时钟？

别靠猜，要用 API 实锤：

uint32_t tim_clock = HAL_RCCEx_GetPeriphCLKFreq(RCC_PERIPHCLK_TIM);
printf("TIM Clock Source: %lu Hz\n", tim_clock);

或者至少检查一下 PCLK1 是否被倍频了：

uint32_t pclk1_freq = HAL_RCC_GetPCLK1Freq();
uint32_t tim3_clock = (RCC->CFGR & RCC_CFGR_PPRE1) == RCC_CFGR_PPRE1_DIV1 ? 
                       pclk1_freq : pclk1_freq * 2;

否则你按 42MHz 算出来的 PSC 值，在 84MHz 下就会让 PWM 频率翻倍。

🎯 举例：你想生成 1kHz PWM，ARR=999，那么计数时钟应为 1MHz。

若按 42MHz 计算：PSC ≈ 41 → 实际在 84MHz 下变成了 2MHz → PWM 频率变成 2kHz！

这就是为什么你总觉得“频率不太对劲”。

第四层：核心引擎 —— 定时器 PWM 模式详解

终于来到心脏部位：TIMx 定时器本身。

PWM 是怎么产生的？

简单来说，就是一个比较器在不停地干活：

计数器 CNT 不断递增（向上计数）
当 CNT < CCRx 时，输出高电平
当 CNT ≥ CCRx 时，输出低电平
到达 ARR 后归零，重新开始

这样就形成了一个周期固定的方波，其占空比由 CCR / (ARR + 1) 决定。

默认情况下，ARR 是包含在内的，所以周期长度是 ARR+1。

两种常用模式的区别

模式	条件	输出行为
PWM 模式1	CNT < CCRx → 高电平	正常占空比调节
PWM 模式2	CNT < CCRx → 低电平	占空比反相，适合互补控制

一般都用 PWM 模式1，除非你在做电机驱动需要死区控制。

寄存器配置要点

关键寄存器包括：

PSC ：预分频器，决定计数时钟频率
ARR ：自动重装载值，决定 PWM 周期
CCRx ：捕获/比较寄存器，决定占空比
CCMRx ：通道模式寄存器，设为 PWM 模式
CCER ：输出使能位，必须置 1
CR1 ：主控制寄存器，CNTEN 位决定是否启动计数

HAL 库帮你封装了大部分细节，但底层逻辑不能忘。

一个致命疏忽：忘记启动输出

再强调一遍：

🔥 就算所有寄存器都配好了，如果不调用 HAL_TIM_PWM_Start() ，也不会有任何波形输出！

很多人以为初始化完就万事大吉，殊不知这只是“准备好了枪”，还没扣扳机。

HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1); // 必须调用！

这个函数做了什么？

设置 OCxM 为 PWM 模式
使能 CCxE 位（输出使能）
如果需要，还会启动计数器（取决于 AutoReloadPreload 配置）

漏掉这一句，等于你在战场上举着枪却不射击 😅。

第五层：隐蔽杀手 —— 调试接口占用问题

最让人崩溃的情况来了：一切配置都没问题，代码也没错，但 PB3/PB4 就是不出波形。

原因？ JTAG 把它们征用了 。

STM32F1/F4 系列的经典陷阱

默认情况下，以下引脚会被 JTAG/SWD 功能占用：

引脚	功能
PA15	JTDI
PB3	JTDO / TRACESWO
PB4	JNTRST

这意味着：即使你写了 GPIOB 时钟使能、设置了 AF2、调用了 Start 函数……只要 JTAG 没关，PB3 和 PB4 就无法作为普通 GPIO 或 PWM 使用！

👉 解决方案 ：禁用 JTAG，保留 SWD 调试功能即可。

// 在 main() 开头添加：
__HAL_AFIO_REMAP_SWJ_NOJTAG(); // 关闭 JTAG，释放 PB3/PB4

这样你就还能用 SWD 下载程序，同时 PB3/PB4 回归自由身，可用于 PWM 输出。

⚠️ 注意：此宏仅适用于 F1/F4 等老系列。H7 或更新型号使用 RCC 调整 MCO 或 DBG 引脚映射方式不同。

如何判断是否中招？

用万用表测 PB4 对地电阻很小（接近 0Ω）→ 可能被内部拉低
示波器看到固定低电平 → 极有可能是 JTAG RESET 信号持续有效
使用 CubeMX 时发现某些引脚灰色不可选 → 提示已被调试功能锁定

第六层：实战排错清单 —— 自底向上逐级验证

别慌，我们来做一个系统的“体检流程”。

✅ 第一步：确认引脚选择合理

查阅芯片 datasheet，确认该引脚支持 TIMx_CHy 功能
检查封装类型（LQFP64 vs LQFP100），有些引脚仅在大封装才有
避免使用 NC（No Connect）或保留引脚

✅ 第二步：检查时钟使能顺序

__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();   // 必须！
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();  // 必须！

顺序无所谓，但两行都不能少。

可以用断点 + 寄存器查看：

查 RCC->AHB1ENR 是否设置了 GPIOBEN 位
查 RCC->APB1ENR 是否设置了 TIM3EN 位

✅ 第三步：核实 AF 编号是否正确

再次强调：AF 编号必须严格匹配！

例如：

gpio.Pin = GPIO_PIN_4;
gpio.Alternate = GPIO_AF2_TIM3; // TIM3 on PB4 → AF2

写成 AF1 或 AF3 都不行。

✅ 第四步：打印真实时钟频率

加入调试信息：

printf("PCLK1: %lu Hz\n", HAL_RCC_GetPCLK1Freq());
printf("TIM3 CLK: %lu Hz\n", HAL_RCCEx_GetPeriphCLKFreq(RCC_PERIPHCLK_TIM));

看输出是不是预期值（如 84MHz）。

✅ 第五步：检查 PWM 启动函数

if (HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
}

加上错误处理，别让它默默失败。

✅ 第六步：使用调试器查看寄存器状态

在 Keil 中打开 Peripherals > TIM3 视图，检查：

寄存器	应有状态
CR1.CEN	0（未自动启动）或 1
CCMR1.OC1M	0b110（PWM mode 1）
CCER.CC1E	1（输出使能）
PSC	你设置的值（如 83）
ARR	你设置的值（如 999）
CCR1	占空比设定值（如 500）

如果这些都不对，说明初始化没生效；如果都对却没波形，那就回到前面查硬件或 JTAG。

第七层：进阶技巧 —— 如何动态调整占空比

一旦基础 PWM 能出了，下一步往往是 实时调节亮度、速度或功率 。

方法一：使用 HAL 宏快速更新

__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, new_duty);

这是最常用的方式，直接写入 CCR 寄存器。

⚠️ 注意：要在 ARR 更新完成后修改，避免出现“撕裂”现象（即一半周期是旧占空比，一半是新占空比）。

方法二：启用影子寄存器（推荐）

在初始化时开启预加载功能：

sConfig.Pulse = 500;
sConfig.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
sConfig.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
sConfig.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
sConfig.OCIdleState = TIM_OUTPUTSTATE_DISABLE;
sConfig.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfig.OCPreload = TIM_OCPRELOAD_ENABLE; // ← 开启预加载
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfig, TIM_CHANNEL_1);

这样 CCR 的修改会等到下一个更新事件（UEV）才生效，保证波形完整性。