STM32单片机PWM与定时器应用：精准控制电机、LED等外设，打造智能化设备

# 1. STM32单片机PWM与定时器的基础**

PWM（脉宽调制）和定时器是STM32单片机中两个重要的外设，广泛应用于电机控制、LED控制和智能化设备等领域。本章节将介绍PWM和定时器的基础知识，包括原理、配置和应用。

PWM是一种通过改变脉冲宽度来控制输出功率的调制技术。在STM32中，PWM模块可以通过配置定时器和比较器来实现。定时器负责产生周期性波形，而比较器则根据输入信号与参考信号的比较结果来控制PWM输出的占空比。

定时器是另一个重要的外设，它可以产生各种周期性或非周期性信号。STM32中有多种类型的定时器，每种定时器都有不同的功能和特性。定时器可以用于产生中断、测量脉冲宽度或生成PWM波形。

# 2. PWM输出的理论与实践

### 2.1 PWM的原理与配置

#### 2.1.1 PWM波形的生成原理

脉宽调制（PWM）是一种通过改变脉冲宽度来控制输出功率或幅度的技术。在PWM中，一个周期性方波的占空比（脉冲宽度与周期之比）与输出功率或幅度成正比。

PWM波形的生成原理如下：

1. **载波波形：**一个高频方波，称为载波波形，作为PWM波形的基准。
2. **调制信号：**一个低频信号，称为调制信号，用于控制PWM波形的占空比。
3. **比较器：**将调制信号与载波波形进行比较。当调制信号高于载波波形时，比较器输出高电平；当调制信号低于载波波形时，比较器输出低电平。
4. **输出波形：**比较器的输出信号驱动输出级，产生PWM波形。PWM波形的占空比由调制信号的幅度和频率决定。

#### 2.1.2 STM32中PWM模块的配置

STM32单片机提供了专门的PWM模块，用于生成PWM波形。PWM模块的配置步骤如下：

1. **时钟配置：**为PWM模块提供时钟源。
2. **预分频器：**设置PWM时钟的预分频比，以降低输出PWM波形的频率。
3. **ARR寄存器：**设置PWM波形的周期。
4. **CCR寄存器：**设置PWM波形的占空比。
5. **模式选择：**选择PWM波形的模式，如中心对齐模式或边缘对齐模式。
6. **输出使能：**使能PWM输出。

### 2.2 PWM的应用实例

PWM在嵌入式系统中有着广泛的应用，包括：

#### 2.2.1 LED亮度调节

PWM可用于调节LED的亮度。通过改变PWM波形的占空比，可以控制LED的平均亮度。

// LED亮度调节代码示例

#include "stm32f10x.h"

int main()
{
    // 初始化PWM模块
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 初始化PWM输出通道
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);

    // 使能PWM输出
    TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);

    while (1)
    {
        // 改变PWM波形的占空比，调节LED亮度
        TIM_SetCompare1(TIM1, 250);
        Delay(1000);
        TIM_SetCompare1(TIM1, 500);
        Delay(1000);
    }
}

#### 2.2.2 电机转速控制

PWM也可用于控制电机的转速。通过改变PWM波形的占空比，可以控制电机供电的平均功率，从而改变电机的转速。

// 电机转速控制代码示例

#include "stm32f10x.h"

int main()
{
    // 初始化PWM模块
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 初始化PWM输出通道
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM