3、PWM生成方式：硬件PWM与软件PWM的区别、定时器产生PWM的原理、STM32的PWM配置
说到PWM生成，很多新手第一反应就是——用延时或者循环翻转IO口。嗯，这确实能出波形，但你真的敢在项目里这么用吗？
我个人习惯把PWM生成方式分成两大类：硬件PWM和软件PWM。别看它们都能输出方波，背后的差距可不是一星半点。
3.1 硬件PWM vs 软件PWM：到底差在哪？
先说说软件PWM。说白了，就是用CPU的指令去模拟PWM波形。比如你写个while循环，里面delay一下，然后翻转GPIO，再delay一下，再翻转回来。我刚开始学电机控制时就这么干过，结果电机一跑起来，整个系统卡得跟幻灯片似的。
为什么会这样？因为软件PWM有个致命伤——CPU被完全占用了。你想想看，PWM的频率越高，你就要越频繁地去翻转IO口，CPU根本没空干别的事。而且，一旦你插了个中断进去，波形立马变形，电机就开始抖。
硬件PWM就不一样了。它靠的是芯片内部的外设，比如定时器、PWM发生器。你只要配好寄存器，它自己就能干活，CPU完全解放出来。我在项目中遇到过好几次，客户要求电机跑20kHz的PWM，同时还要做CAN通信和电流采样。用软件PWM？想都别想。硬件PWM才是正解。
核心区别一句话总结：
- 软件PWM：CPU全程参与，精度低，占用高，适合低频、简单场景
- 硬件PWM：外设独立运行，精度高，零CPU占用，适合电机控制等实时场景
我的建议：但凡你的电机转速超过1000rpm，或者PWM频率超过1kHz，就别考虑软件PWM了。我曾经在一个小项目里偷懒用了软件PWM，结果调试了三天，最后还是老老实实换成了硬件方案。
3.2 定时器产生PWM的原理
硬件PWM的核心，其实就是定时器。你可能会问：定时器不是用来计时的吗？怎么还能产生PWM？
嗯，这里要注意。定时器内部有一个关键模块叫比较器。它的工作原理很简单：
- 定时器从0开始向上计数，一直数到某个设定值（ARR，自动重装载值）
- 在计数的过程中，会跟另一个设定值（CCR，捕获比较值）做比较
- 当计数值小于CCR时，输出高电平；大于等于CCR时，输出低电平（或者反过来）
- 计到ARR后，归零重新开始
你看，这不就是一个PWM波形吗？ARR决定了PWM的周期（频率），CCR决定了占空比。
举个例子。假设ARR设为999，CCR设为300。那么在一个周期里，前300个计数周期输出高电平，后699个计数周期输出低电平。占空比就是30%。
关键参数：
- ARR（Auto-Reload Register）：自动重装载值，决定PWM频率
- CCR（Capture/Compare Register）：捕获比较值，决定PWM占空比
- PSC（Prescaler）：预分频器，用于降低定时器时钟频率
我记得有一次调试一个BLDC电机，PWM频率要求20kHz，但定时器时钟是72MHz。如果不分频，ARR就得设成3599。算下来分辨率还行。但如果你要更精细的占空比调节，就得调整PSC和ARR的配合。这个后面我会细讲。
3.3 STM32的PWM配置实战
好了，理论说完了，咱们直接上代码。以STM32F103为例，我用的是TIM2的通道1，输出PWM到PA0引脚。
配置步骤其实就四步：
- 使能定时器和GPIO时钟
- 配置GPIO为复用推挽输出
- 配置定时器时基单元（PSC、ARR）
- 配置PWM模式并启动
下面是我常用的配置代码：
// 1. 使能时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
// 2. 配置GPIO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 3. 配置定时器时基
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999; // ARR = 999
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71; // PSC = 71
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
// 4. 配置PWM模式
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // PWM模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 300; // CCR = 300，占空比30%
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
// 5. 启动定时器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);这段代码跑起来，PA0上就会输出一个20kHz、占空比30%的PWM波形。为什么是20kHz？来算一下：
定时器时钟 = 72MHz / (71+1) = 1MHz
PWM频率 = 1MHz / (999+1) = 1kHz
嗯？只有1kHz？不对。我故意设了个低频率的例子。如果你要20kHz，ARR应该设成49（1MHz / 50 = 20kHz）。但ARR太小，分辨率就低了。所以实际项目中，我会调整PSC让定时器时钟更合适。
我曾经踩过的坑：
- 忘了使能GPIO时钟，结果PWM死活出不来
- GPIO模式配成了推挽输出而不是复用推挽，波形不对
- PSC和ARR的数值搞反了，频率完全不对
嗯，这些低级错误，我至少犯过两遍。你调试的时候多留个心眼。
3.4 动态调整占空比
电机控制中，占空比不是固定的。你需要根据控制算法实时调整。怎么做？很简单，直接修改CCR寄存器：
// 动态设置占空比为50%
TIM_SetCompare1(TIM2, 500);这个函数其实就是往TIM2的CCR1寄存器里写值。你可以在主循环里、中断里、或者PID计算完成后调用它。硬件会自动根据新的CCR值调整PWM波形，完全不需要你操心。
我个人习惯在定时器更新中断里修改占空比，这样可以保证跟PWM周期同步，避免出现半周期突变的情况。当然，如果你的控制频率不高，在主循环里改也行。
一个小技巧：如果你想让电机启动更平滑，可以写一个软启动函数，让占空比从0逐渐增加到目标值。比如每10ms增加5%，这样电机就不会猛地一窜。我在做无人机电调时就用过这个办法，效果很好。
好了，这一章的内容就到这里。硬件PWM和软件PWM的区别、定时器产生PWM的原理、以及STM32的具体配置，我都讲清楚了。下一章我会聊聊PWM的互补输出和死区时间，这对H桥驱动和BLDC控制特别重要。到时候见。