第三章 单片机PWM输出：STM32定时器配置、PWM输出模式设置、GPIO复用功能
好，咱们进入实战环节了。前面聊了那么多PWM的原理和调光算法，现在终于要跟硬件打交道了。这一章，我带你手把手把STM32的PWM输出调通。
说实话，我最早接触STM32的PWM时，也被那一堆寄存器搞晕过。后来发现，其实核心就三件事：定时器怎么配、PWM模式怎么选、GPIO怎么切到定时器上去。搞明白这三步，剩下的就是调参数了。
3.1 STM32定时器：PWM的心脏
STM32的定时器，说白了就是个会数数的硬件计数器。它从0开始，一直数到某个设定值，然后翻回来重新数。这个过程中，我们可以设置一个比较值——当计数值等于比较值时，输出引脚的电平就翻转一下。这就是PWM的底层原理。
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。别在这上面浪费时间。
- 通用定时器（TIM2~TIM5）：最常用的，有4个独立通道，每个通道都能输出PWM。我项目中90%的情况都用它。
- 高级定时器（TIM1、TIM8）：功能最全，支持互补输出、死区插入。做电机驱动、H桥电路时必用。
3.2 定时器配置：三步走
配置定时器输出PWM，我总结了一个三步走的套路。你按这个来，基本不会出错。
第一步：确定时钟源
STM32的定时器时钟来自APB总线。一般来说，APB1上的定时器（TIM2~TIM7）时钟是72MHz，APB2上的（TIM1、TIM8）也是72MHz。但要注意，如果APB分频系数不是1，定时器时钟会翻倍。嗯，这个细节容易忘，我当年就因为这个算错过PWM频率。
第二步：设置自动重装载值（ARR）和预分频器（PSC）
这两个参数决定了PWM的频率。公式很简单：
PWM频率 = 定时器时钟 / ((PSC + 1) * (ARR + 1))举个例子，我想要20kHz的PWM频率，时钟是72MHz：
72000000 / ((PSC + 1) * (ARR + 1)) = 20000
假设 PSC = 71，那么 ARR + 1 = 72000000 / (72 * 20000) = 50
所以 ARR = 49重要：ARR的值决定了PWM的分辨率。ARR越大，你能调节的占空比档位就越多。比如ARR=49，你只有50档可调；如果ARR=999，就有1000档。LED调光的话，我建议ARR至少设到255以上，不然调光时能看到明显的跳变。
第三步：配置捕获/比较寄存器（CCR）
CCR就是比较值。当定时器计数值小于CCR时，输出高电平；大于等于CCR时，输出低电平（或者反过来，取决于极性设置）。所以占空比就是：
占空比 = CCR / (ARR + 1) * 100%比如ARR=999，CCR=500，占空比就是50%。
3.3 PWM输出模式设置
STM32的PWM有两种模式：PWM模式1和PWM模式2。区别很简单：
| 模式 | 计数值 < CCR | 计数值 >= CCR |
|---|---|---|
| PWM模式1 | 有效电平（通常是高） | 无效电平（通常是低） |
| PWM模式2 | 无效电平 | 有效电平 |
说白了，模式1是向上计数时先高后低，模式2是先低后高。我99%的情况都用模式1，因为更符合直觉——CCR越大，高电平时间越长，灯越亮。
3.4 GPIO复用功能配置
定时器的PWM信号要通过GPIO引脚输出。你不能直接把GPIO设成推挽输出就完事了——得把它复用成定时器的功能。
具体步骤：
- 使能GPIO时钟：比如用GPIOA，就调用RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE)。
- 使能定时器时钟：比如用TIM2，就调用RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE)。
- 配置GPIO为复用推挽输出：GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP。
- 选择复用功能：对于STM32F1系列，用GPIO_PinRemapConfig()配置引脚映射；对于F4系列，用GPIO_PinAFConfig()选择AF编号。
这里有个容易搞混的地方：不同型号的STM32，同一个定时器的通道可能映射到不同的引脚。比如TIM2的通道1，在F103C8T6上是PA0，但在F103ZET6上可能是PA0或者PA15。所以一定要查数据手册的引脚定义表。
3.5 完整代码示例
说了这么多，来段完整的代码吧。这是一个用TIM2的通道1在PA0上输出1kHz、50%占空比PWM的配置：
void PWM_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
// 1. 使能时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
// 2. 配置GPIO为复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 3. 配置定时器时基
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1
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500; // CCR = 500, 占空比50%
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
// 5. 使能定时器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}这段代码跑起来，PA0上就能测到1kHz的PWM波形了。频率怎么算的？72MHz / (71+1) / (999+1) = 1000Hz，没错吧？
3.6 调试技巧与常见问题
最后分享几个我实际调试中遇到的问题：
- 波形出不来？先检查GPIO的复用功能有没有配对。用示波器量一下引脚，如果一直是高或低，多半是复用没配好。
- 频率不对？检查PSC和ARR的计算。我建议先算好理论值，再用逻辑分析仪抓一下实际波形对比。
- 占空比调不到0%或100%？有些定时器在CCR=0或CCR=ARR+1时会有异常。解决办法是软件里做限幅，比如CCR最小设1，最大设ARR。
- 多个通道互相影响？每个通道的CCR是独立的，但ARR是共享的。所以如果你要用不同频率的PWM，得用不同的定时器。
核心总结：STM32的PWM输出，记住三个关键参数——PSC决定计数步长，ARR决定周期长度，CCR决定占空比。配好时钟、选对模式、设对引脚，剩下的就是调CCR的事了。
下一章，我们会把这些PWM信号真正用到LED上，实现平滑的调光效果。到时候你会看到，前面这些配置工作，都是为后面的算法打基础的。