第四章 定时器与PWM生成
各位同学，今天我们来聊聊电机控制里最核心的部分——定时器和PWM。说实话，我刚开始做嵌入式那会儿，总觉得定时器就是个计时的玩意儿，没什么大不了的。直到有一次做窗帘电机项目，电机转起来咔咔响，速度还忽快忽慢，我才意识到：定时器用不好，电机就玩不转。
4.1 系统滴答定时器（SysTick）实现延时
SysTick是Cortex-M内核自带的24位递减计数器。说白了，它就是个硬件计时器，专门给操作系统或者裸机程序提供心跳。我个人习惯把它当作延时工具来用，简单又可靠。
核心原理：SysTick每来一个时钟脉冲，计数值减1。减到0时，触发中断（或者置位标志位）。我们只要设置好重装载值，就能得到精确的延时。
举个例子，系统时钟72MHz，我想延时1ms：
// SysTick配置函数
void SysTick_Init(void)
{
// 重装载值 = 系统时钟 / 1000 - 1
// 72MHz / 1000 = 72000，减1是因为从0开始计数
SysTick->LOAD = 72000 - 1;
SysTick->VAL = 0; // 清空当前计数值
SysTick->CTRL = 0x01; // 使能定时器，不使能中断
}
// 毫秒级延时函数
void delay_ms(uint32_t ms)
{
for(uint32_t i = 0; i < ms; i++)
{
SysTick->VAL = 0; // 每次重新清零
// 等待COUNTFLAG置位（计数值减到0）
while(!(SysTick->CTRL & (1 << 16)));
}
}我的经验：用SysTick做延时，记得每次都要清空VAL寄存器。我曾经踩过坑——不清VAL直接等标志位，结果第一次延时正常，第二次就翻倍了。原因？VAL在上次延时结束后可能不是0，导致计数起点不对。
4.2 通用定时器配置
SysTick虽然好用，但功能太单一。真正要控制电机，还得靠通用定时器。STM32的通用定时器（比如TIM2、TIM3）有4个独立通道，可以输出PWM、测量脉宽、做输入捕获等等。
配置通用定时器，我一般按这个步骤来：
- 使能时钟——定时器挂在APB1或APB2总线上，先开时钟
- 设置预分频器——把系统时钟分频到想要的频率
- 设置自动重装载值——决定PWM的周期
- 配置输出通道——选择PWM模式、极性等
- 使能定时器——开始干活
// 以TIM3为例，配置输出PWM
void TIM3_PWM_Init(void)
{
// 1. 使能TIM3时钟
RCC->APB1ENR |= (1 << 1);
// 2. 设置预分频器：72MHz / 72 = 1MHz
TIM3->PSC = 72 - 1;
// 3. 设置自动重装载值：1MHz / 1000 = 1KHz
TIM3->ARR = 1000 - 1;
// 4. 配置通道1为PWM模式1
TIM3->CCMR1 |= (6 << 4); // 输出比较模式：PWM模式1
TIM3->CCMR1 |= (1 << 3); // 预装载使能
TIM3->CCER |= (1 << 0); // 使能通道1输出
// 5. 使能定时器
TIM3->CR1 |= (1 << 0);
}注意：预分频器PSC和自动重装载值ARR都是16位的，最大值65535。如果你要产生很低的频率（比如0.1Hz），需要把PSC设大一点。我遇到过有人把ARR设成100000，结果溢出后定时器直接罢工了。
4.3 PWM输出原理
PWM，全称脉冲宽度调制。你想想看，电机要转起来，需要的是电压。但单片机只能输出0或3.3V，怎么模拟出中间值？答案就是：快速开关。
PWM的核心参数就两个：
- 频率——开关的快慢。频率太低，电机会嗡嗡响；频率太高，MOS管发热严重。窗帘电机一般用1KHz~20KHz。
- 占空比——高电平时间占整个周期的比例。占空比50%，等效电压就是1.65V。
| 占空比 | 等效电压（3.3V系统） | 电机状态 |
|---|---|---|
| 0% | 0V | 停止 |
| 25% | 0.825V | 微转 |
| 50% | 1.65V | 半速 |
| 75% | 2.475V | 中速 |
| 100% | 3.3V | 全速 |
为什么会这样？因为电机是感性负载，电流不能突变。PWM波经过电机线圈的滤波作用，就变成了平滑的直流电。占空比越高，平均电压越高，电机转得越快。
4.4 电机速度控制（占空比调节）
控制电机速度，说白了就是改占空比。在STM32里，改占空比就是改捕获/比较寄存器（CCR）的值。
// 设置占空比函数
void Motor_SetSpeed(uint8_t duty)
{
// duty范围：0~100
// 对应CCR值：0~999（因为ARR=999）
uint16_t ccr_value = (uint16_t)(duty * 10);
TIM3->CCR1 = ccr_value;
}嗯，这里要注意：占空比不能突变。我见过有人直接让电机从0%跳到100%，结果电流瞬间飙升，把MOS管烧了。正确的做法是：
- 启动时：占空比从0逐渐增加到目标值（软启动）
- 停止时：占空比从当前值逐渐减到0（软停止）
- 变速时：每次只改变5%~10%，中间加一点延时
避坑指南：我曾经在量产测试时发现，同一批电机，同样的占空比，转速居然不一样。后来查了半天，发现是电机个体差异导致的。解决办法：加一个闭环控制，用霍尔传感器测实际转速，然后微调占空比。
4.5 呼吸灯效果实现
呼吸灯，说白了就是让LED的亮度像呼吸一样慢慢变亮再慢慢变暗。这个效果在窗帘电机上有什么用？嗯，其实没什么实际用途。但用来展示PWM控制能力，效果非常直观。
实现思路很简单：
- 定时器产生PWM波，驱动LED
- 每隔一段时间改变占空比
- 占空比从0增加到100%，再从100%减到0%
- 循环往复
// 呼吸灯主循环
void BreathLight(void)
{
uint8_t duty = 0;
int8_t step = 1; // 步进方向：1为增加，-1为减少
while(1)
{
Motor_SetSpeed(duty);
delay_ms(10); // 每10ms改变一次占空比
duty += step;
// 到达边界时反转方向
if(duty >= 100)
{
step = -1;
}
else if(duty <= 0)
{
step = 1;
}
}
}我的小技巧：呼吸灯要想效果好，步进值不能是固定的。人眼对亮度的感知不是线性的——低亮度时变化敏感，高亮度时变化迟钝。所以我会用指数曲线来映射占空比：
// 指数映射，让呼吸更自然
uint8_t duty_map[101] = {0, 1, 2, 4, 6, 9, 13, ...};这样看起来，呼吸就柔和多了。
好了，这一章的内容就到这里。定时器和PWM是电机控制的基石，你把这些搞明白了，后面讲PID控制、速度闭环什么的，就轻松多了。下一章我们聊聊电机驱动电路——嗯，那又是另一个有意思的话题。