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引言

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是利用数字输出来模拟模拟电路控制的一种技术。它看似简单——只是控制高低电平的时间比例——但几乎是嵌入式系统中最常用的信号输出方式。从呼吸灯到电机调速，从舵机控制到音频合成，PWM 无处不在。

一、PWM 基本概念

关键参数

参数定义公式**周期（T）一个完整波形从开始到重复的时间T = 1/f频率（f）单位时间内完整周期的次数f = 1/T占空比（D）**高电平时间占整个周期的比例D = Ton / T × 100%分辨率占空比可调节的最小步距由 ARR 决定

例：5V 系统，占空比 50% → 等效输出电压 ≈ 2.5V

二、STM32 PWM 生成原理

STM32 通过定时器输出比较的 PWM 模式生成 PWM 信号。核心寄存器：

寄存器作用TIMx_PSC（预分频器）对时钟频率进行分频TIMx_ARR（自动重装载）决定 PWM 的周期/频率TIMx_CCRx（捕获/比较）决定 PWM 的占空比TIMx_CNT（计数器）当前计数值，不断与 CCRx 比较

工作流程（向上计数、PWM 模式 1）

高电平
  ↑     ┌──────┐        ┌──────┐
  │     │      │        │      │
  │─────┘      └────────┘      └────→
  │  ← CCRx →←── (ARR-CCRx) ──→
  │  ←─────── 一个周期 (ARR+1) ─────→

计数器 CNT 从 0 向上累加
CNT < CCRx 时 → 输出高电平
CNT ≥ CCRx 时 → 输出低电平
CNT = ARR 时 → CNT 清零，开始下一个周期

三、频率与占空比计算公式

PWM 频率

PWM频率 = 定时器时钟频率 / [(PSC + 1) × (ARR + 1)]

占空比（PWM 模式 1）

占空比 = CCRx / (ARR + 1) × 100%

配置示例

目标：产生 1KHz、50% 占空比的 PWM
时钟：72MHz
• 设 PSC = 71 → 计数时钟 = 72MHz / 72 = 1MHz
• 设 ARR = 999 → PWM频率 = 1MHz / 1000 = 1KHz
• 设 CCRx = 500 → 占空比 = 500/1000 = 50%

四、频率与分辨率的权衡

这是 PWM 配置中最需要理解的设计权衡：

取舍说明**频率 ↑**ARR ↓ → 分辨率 ↓**分辨率 ↑**ARR ↑ → 频率 ↓

示例：计数时钟 1MHz
若要 100KHz PWM → ARR=9，分辨率仅 10 级
若要 1KHz PWM → ARR=999，分辨率达 1000 级（0.1% 精度）

五、PWM 模式选择

模式行为适用场景PWM Mode 1CNT < CCR → 高电平通用场合PWM Mode 2CNT ≥ CCR → 高电平需要反相波形时

极性设置（TIM_OCPolarity_High / TIM_OCPolarity_Low）可进一步反转输出电平。

六、HAL 库配置与代码

① CubeMX 配置

选择定时器（如 TIM3），Clock Source 设为 Internal Clock
选择通道（如 Channel 1），设为 PWM Generation CH1
设置参数：Prescaler、Counter Period（ARR）、Pulse（初始 CCRx）

② 呼吸灯示例

// 启动 PWM 输出
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);

// 动态修改占空比实现呼吸灯
while (1) {
    for (uint16_t i = 0; i < 1000; i += 10) {
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, i);
        HAL_Delay(20);
    }
    for (uint16_t i = 1000; i > 0; i -= 10) {
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, i);
        HAL_Delay(20);
    }
}

③ 常用 API

函数/宏功能HAL_TIM_PWM_Start()启动 PWM 输出HAL_TIM_PWM_Stop()停止 PWM 输出__HAL_TIM_SET_COMPARE()动态修改占空比__HAL_TIM_GET_AUTORELOAD()获取 ARR 值

七、典型应用

应用PWM 频率占空比范围说明LED 呼吸灯1-2KHz0-100%频率高于人眼闪烁感知舵机 SG9050Hz（20ms周期）2.5%-12.5%0.5ms=0°，2.5ms=180°直流电机调速16-20KHz0-100%避开人耳听觉范围无源蜂鸣器1-4KHz50%输出音频频率

八、舵机控制详解

舵机是 PWM 最经典的应用之一。以 SG90 为例：

周期 = 20ms（50Hz）

高电平持续 0.5ms  →  舵机角度 0°
高电平持续 1.0ms  →  舵机角度 45°
高电平持续 1.5ms  →  舵机角度 90°
高电平持续 2.0ms  →  舵机角度 135°
高电平持续 2.5ms  →  舵机角度 180°

50Hz PWM 配置（72MHz 时钟）：

PSC = 144 - 1 = 143        → CK_CNT = 72MHz / 144 = 500KHz
ARR = 10000 - 1 = 9999     → PWM周期 = 10000/500K = 20ms
CCR值范围 = 250 ~ 1250     → 0.5ms ~ 2.5ms

九、常见问题排查

问题检查项无 PWM 输出①定时器时钟是否使能 ②GPIO 是否配置为复用功能 ③是否调用了 HAL_TIM_PWM_Start()频率偏差检查 APB 预分频器设置、确认未启用 CKD 分频占空比异常确认 PWM 模式（Mode 1/2）与极性设置是否匹配高级定时器无输出TIM1/TIM8 需设置 TIM_BDTR->MOE 位使能主输出

总结

PWM 是输出比较最实用的形态。掌握了频率、占空比、分辨率三者的关系，你就能用一根信号线控制 LED 的明暗、电机的快慢、舵机的角度——这是数字世界对模拟世界最优雅的控制方式。

控制不在于力的强弱，而在于节奏的精妙。 —— Iustitiae