4、定时器与PWM生成：STM32定时器原理、PWM模式配置、占空比与频率计算、使用PWM模拟加热功率（0-100%）

各位同学，欢迎来到第四讲。

今天咱们聊聊定时器和PWM。说实话，在座椅加热通风模块里，PWM就是那个真正干活的家伙。你想想看，加热垫要多少度、风扇转多快，全凭PWM说了算。我当年第一次做加热控制时，以为直接给电就行了，结果要么烫屁股要么没感觉。后来才明白，PWM才是精准控温的灵魂。

4.1 STM32定时器：不只是数数那么简单

STM32的定时器，说白了就是个硬件计数器。它内部有个寄存器，每来一个时钟脉冲就加1。加到设定值就归零，同时触发一个事件——比如更新中断、或者翻转一个引脚。

我个人习惯把定时器分成三类：

  • 基本定时器（TIM6、TIM7）：只能计时，不能输出PWM。适合做系统心跳。
  • 通用定时器（TIM2~TIM5）：能输出PWM，有捕获/比较通道。这是咱们的主力。
  • 高级定时器（TIM1、TIM8）：功能最全，支持互补输出、死区插入。做电机控制时常用。

在座椅加热通风模块里，我一般用通用定时器就够了。加热和风扇控制，不需要那么花哨的功能。

核心寄存器：

  • PSC（预分频器）：把系统时钟分频，降低计数频率
  • ARR（自动重装载寄存器）：计数的上限值
  • CCR（捕获/比较寄存器）：决定PWM的占空比

4.2 PWM模式配置：三步走

配置PWM输出，其实就三步。我在项目中教过不少新人，按这个顺序来，基本不会出错。

  1. 配置GPIO为复用功能——把引脚交给定时器管
  2. 配置定时器时基——设置PSC和ARR，决定频率
  3. 配置输出比较通道——设置CCR，决定占空比

嗯，这里要注意：GPIO的复用功能编号一定要查手册。我见过有人把TIM2的通道1映射到了PA0，结果死活不出波形。后来发现PA0的复用功能是TIM2_CH1_ETR，不是普通的TIM2_CH1。这种坑，踩一次就记住了。

下面给个标准配置代码，用的是TIM2的通道1，输出到PA0：

// 1. 使能时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

// 2. 配置GPIO为复用功能
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

// 3. 映射复用功能
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource0, GPIO_AF_TIM2);

// 4. 配置定时器时基
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 83;      // 84MHz / (83+1) = 1MHz
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;         // 1MHz / (999+1) = 1kHz
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

// 5. 配置PWM模式
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;            // 50%占空比
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

// 6. 启动定时器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

我的小技巧：配置完先别急着调占空比。先用示波器看看频率对不对。如果频率不对，后面调占空比全是白费功夫。我曾经在一个项目里折腾了两小时，最后发现是PSC算错了——少减了一个1。

4.3 占空比与频率计算：别被公式吓到

其实计算很简单。就两个公式：

  • 频率 = 系统时钟 / (PSC+1) / (ARR+1)
  • 占空比 = CCR / (ARR+1) × 100%

举个例子。系统时钟84MHz，我想输出1kHz的PWM：

  • 先分频：84MHz / 84 = 1MHz（PSC=83）
  • 再计数：1MHz / 1000 = 1kHz（ARR=999）
  • 50%占空比：CCR = 500

你看，是不是很简单？

注意：ARR和CCR都是16位的，最大值65535。如果你要输出很低的频率，比如1Hz，ARR就得设到999999——但ARR最大只有65535。怎么办？要么加大PSC，要么换32位定时器（比如TIM2、TIM5在某些系列上是32位的）。

4.4 用PWM模拟加热功率：0-100%的奥秘

加热垫本质上是个电阻。给它通电就发热，断电就冷却。但人感觉到的热量，其实是平均功率。

PWM控制加热功率，说白了就是控制通电时间占整个周期的比例：

  • 0%：一直断电，不加热
  • 100%：一直通电，满功率加热
  • 50%：一半时间通电，一半时间断电，半功率

我在做座椅加热模块时，遇到过一个问题：PWM频率选多少合适？

  • 频率太低（比如10Hz）：加热垫会一抖一抖的，人能感觉到温度波动
  • 频率太高（比如20kHz）：MOS管开关损耗变大，发热严重
  • 经验值：100Hz~1kHz，既平滑又高效

下面是个实用的函数，把0-100的加热等级转成CCR值：

// 加热等级：0-100
void SetHeatingLevel(uint8_t level)
{
    if(level > 100) level = 100;
    
    uint16_t ccr_value = (uint16_t)((uint32_t)level * (TIM2->ARR + 1) / 100);
    TIM2->CCR1 = ccr_value;
}

调用的时候：

SetHeatingLevel(0);   // 关闭加热
SetHeatingLevel(50);  // 半功率
SetHeatingLevel(100); // 满功率

避坑指南：我曾经在批量生产时发现，同一批板子，同样的代码，有的加热快有的加热慢。查了半天，发现是MOS管的驱动电压不够。PWM高电平只有3.3V，而MOS管需要5V才能完全导通。后来加了个电平转换电路，问题解决。所以，PWM输出后一定要检查驱动能力，尤其是驱动大功率负载时。

小结

这一讲咱们把定时器和PWM的核心内容过了一遍。从定时器原理到PWM配置，从频率计算到加热功率模拟。说实话，PWM这东西，看着简单，但真正用好还是需要一些经验的。尤其是频率选择和驱动电路设计，这两块最容易出问题。

下一讲，咱们聊聊ADC采样——怎么把温度传感器的模拟信号变成数字量。到时候你会看到，PWM和ADC配合起来，就能实现闭环温度控制了。

好，今天就到这里。有问题随时交流。

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