带你一文搞懂PWM！

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已于 2025-03-18 11:50:49 修改

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分类专栏： 32单片机合辑文章标签： stm32 嵌入式

于 2025-03-18 09:11:52 首次发布

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一、什么是PWM？

究竟什么是PWM？来看一下官方解释，PWM又叫脉冲宽度调制，简称脉宽调制。其实也就是调节脉冲宽度的一种技术。它是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过使用高分辨率的计数器，调制方波的占空比，从而实现对一个具体模拟信号的编码。PWM 信号本质上是一种周期性的方波信号，在每个周期内，信号会在高电平和低电平之间切换。

二、几个基本概念

PWM的核心概念包括：频率、周期、占空比和脉宽时间。接下来，让我们来逐一解释一下吧。

2.1 周期

周期T：指 PWM 信号完成一个完整的高低电平变化所需要的时间。也就是一个完整的脉冲信号的时间。

2.2 频率

周期（T）的倒数频率（F），即 f= T/1。

频率决定了 PWM 信号的变化速度，不同的应用场景需要不同的频率。例如，在电机控制中，频率过低可能会导致电机抖动，而频率过高则可能增加开关损耗。电机一般的频率建议控制在6-20khz。

2.3 占空比

占空比（D%）：是 PWM 信号最重要的参数之一，它表示脉冲宽度与周期的比值。也就是高电平占整个周期T的比例。通过改变占空比，可以改变 PWM 信号的平均电压或功率，从而实现对被控对象的控制。

比如：周期T为100ms（发生一次完整脉冲信号的时间），高电平的时间为60ms。那么它的占空比也就是60 / 100 = 60%。

2.4 脉冲宽度

脉冲宽度（t）：指的是PWM 信号在一个周期内处于高电平的时间。

三、PWM基本原理

PWM 信号的产生通常依赖定时器或计数器。定时器按照设定的频率进行计数，当计数值达到某个预设的比较值时，输出信号的电平发生改变。以一个简单的向上计数定时器为例，计数从 0 开始，当计数值小于比较值时，输出高电平；当计数值大于等于比较值时，输出低电平。当计数值达到定时器的自动重装载值时，计数重新从 0 开始，如此循环，就产生了 PWM 信号。

好了，原理我们大致懂了。主要关注的几个变量我们在复述一下：周期T、频率f、占空比D；以及定时器中的自动重装载值ARR、预分频系数psc。这里要注意一下，基本定时器是没有PWM输出的功能的。我们在选择的时候需要注意一下。

四、示例代码

4.1 举个🌰：用PWM驱动一个马达

1. 先来看原理图，确认马达的接线。ML_PWM1->PA8。

2. 开始写代码吧！这里用的是标准库函数。

代码分为以下三个部分：

第一部分：GPIO配置；第二部分：TIMx配置；第三部分：PWM配置；第四部分：调用。

.c文件：
// 定时器 1 PWM 初始化（对应 PA8）
void TIM1_PWM_Init(u16 arr, u16 psc)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

    // 使能 GPIOA 和 TIM1 时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);

    // 配置 PA8 为复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 定时器 1 基本参数配置
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);

    // PWM 模式配置
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = arr / 2;  // 初始占空比 50%
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);

    // 使能定时器 1 主输出
    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);

    // 使能定时器 1
    TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
}

.h文件：
#define SET_MOTOR1_DUTY_CYCLE(x) TIM_SetCompare1(TIM1, x)

main.c文件：
int main(void)
{
    /* Timer pwm Init */
    TIM1_PWM_Init(100-1, 72-1);
    TIM2_PWM_Init(100-1, 72-1);

    while(1)
    {
        SET_MOTOR1_DUTY_CYCLE(29);
        SET_MOTOR2_DUTY_CYCLE(29);
   }
}

五、psc、pwm周期（T）及频率（f）

arr：

代表定时器的自动重装载值。当定时器的计数值达到 arr 时，定时器会重新从 0 开始计数，同时会产生一个更新事件。这个值决定了 PWM 信号的周期。

psc：

用于设置定时器的预分频器值。预分频器的作用是对定时器的时钟源进行分频，降低定时器的计数频率。

周期（T） = 1 / 频率（f）

综述：

假设系统时钟为 72MHz，APB2 总线时钟也为 72MHz，定时器 1 的时钟源来自 APB2 总线，其时钟频率为 72MHz。

预分频器的作用：psc = 71 表示将定时器 1 的时钟源进行 72 分频（预分频器的值加 1），即定时器 1 的计数频率为 72MHz / (71 + 1) = 1MHz，也就是每个计数周期为 1us。

自动重装载值的作用：arr = 999 表示定时器 1 从 0 开始计数，当计数值达到 999 时，会产生一个更新事件，然后重新从 0 开始计数。因此，定时器 1 的计数周期为 (999 + 1) * 1us = 1ms，这也就意味着生成的 PWM 信号的周期为 1ms，频率为 1 / 1ms = 1kHz。

综上所述，通过将 arr 设置为 999，psc 设置为 71，可以使定时器 1 生成频率为 1kHz 的 PWM 信号。你可以根据实际需求调整这两个参数的值，从而改变 PWM 信号的频率。