3. PWM基础：从原理到实战

说到PWM，我最早接触它是在做电机调速的项目。那时候刚毕业，看着示波器上跳动的方波，心里直犯嘀咕——这玩意儿怎么就能控制转速呢？后来搞明白了，其实原理特别简单。

3.1 PWM的三个核心参数

PWM，全称是脉冲宽度调制。说白了，就是让数字信号模拟出模拟效果。你想想看，单片机只能输出高电平和低电平，但通过快速切换，就能"骗"过我们的眼睛和耳朵。

三个参数必须搞明白：

• 频率：一秒内高低电平切换的次数。单位是Hz。频率越高，控制越平滑，但CPU负担也越大。
• 占空比：高电平时间占整个周期的比例。比如50%占空比，就是一半时间高，一半时间低。
• 分辨率：占空比能调节的精细程度。比如8位分辨率，就是0-255共256级。

我在项目中遇到过一个问题：用PWM控制LED呼吸灯，频率设得太低（比如50Hz），肉眼就能看到闪烁。后来我习惯把频率设在1kHz以上，人眼就完全感觉不到了。

3.2 STM32的PWM输出模式

STM32提供了两种PWM模式，我刚开始用的时候也搞混过。

模式	计数方向	输出电平变化	典型应用
PWM1	向上计数	CNT < CCR时有效，CNT ≥ CCR时无效	电机调速、LED调光
PWM2	向上计数	CNT < CCR时无效，CNT ≥ CCR时有效	特殊波形需求

嗯，这里要注意：PWM1和PWM2其实就是极性相反。我个人习惯用PWM1模式，因为更符合直觉——CCR值越大，占空比越大。

3.3 关键寄存器详解

配置PWM，离不开这几个寄存器。我当年啃手册的时候，就是靠它们一个个试出来的。

TIMx_CCMRx：捕获/比较模式寄存器

这个寄存器决定通道的工作模式。要输出PWM，必须设置OCxM位为110（PWM1模式）或111（PWM2模式）。

// 设置TIM3的通道1为PWM1模式
TIM3->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1M_2;  // OC1M = 110
TIM3->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1PE;  // 使能预装载

TIMx_CCER：捕获/比较使能寄存器

这里控制PWM输出的开关和极性。CCxP位决定输出极性，CCxE位使能输出。

// 使能TIM3通道1输出，极性为高电平有效
TIM3->CCER |= TIM_CCER_CC1E;  // 使能输出
// TIM3->CCER |= TIM_CCER_CC1P;  // 如果需要反相，取消注释这行

TIMx_CCRx：捕获/比较寄存器

这就是我们常说的"占空比寄存器"。写入的值直接决定占空比大小。

// 设置占空比为50%（假设ARR=999）
TIM3->CCR1 = 500;  // 占空比 = 500/1000 = 50%

3.4 频率与分辨率的权衡

这是PWM设计中最让人头疼的问题。你想想看，定时器的时钟是固定的，ARR和PSC共同决定了频率和分辨率。

举个例子：STM32F103的定时器时钟是72MHz。

• 想要20kHz的PWM频率：ARR = 3599，PSC = 0，分辨率 = log2(3600) ≈ 11.8位
• 想要1kHz的PWM频率：ARR = 71999，PSC = 0，分辨率 = log2(72000) ≈ 16.1位

看到了吗？频率越低，分辨率越高。但频率太低又会导致控制不平滑。

我的建议是：

1. 电机控制：10kHz-20kHz，分辨率10-12位就够了
2. LED调光：1kHz-5kHz，分辨率8-10位
3. 音频应用：20kHz以上，分辨率至少12位

如果实在需要高分辨率又高频率，可以考虑用定时器的DMA功能或者高级定时器的互补输出。不过那是后话了。

3.5 知识体系总览

下面这张图是我自己总结的PWM知识框架，帮你理清思路：

这张图把PWM的知识点串起来了。从核心参数到寄存器配置，再到模式选择和实际应用，每一步都环环相扣。你调试的时候，按照这个流程走，基本不会出大问题。

好了，PWM的基础就讲到这里。记住三个参数、两个模式、三个寄存器，再加上频率和分辨率的权衡，你就掌握了PWM的核心。下一节我们会在代码里把这些配置跑起来，到时候你就能亲眼看到PWM波形了。

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