STM32 PWM波形生成：掌握电机控制、信号处理的利器，解锁更多单片机应用

# 1. PWM波形生成原理与STM32架构**

**1.1 PWM波形生成原理**

脉宽调制（PWM）是一种通过调节脉冲宽度来控制输出功率或信号的调制技术。PWM波形由一系列具有固定频率和可变脉冲宽度的脉冲组成。脉冲宽度决定了输出的有效值，从而控制连接设备的功率或信号强度。

**1.2 STM32架构中的PWM**

STM32微控制器系列集成了专门的PWM外设，称为定时器。这些定时器提供高级功能，如可配置的时基、可编程的脉冲宽度、死区插入和中断生成。STM32的PWM外设可以产生各种波形，包括对称PWM、非对称PWM和互补PWM。

# 2. STM32 PWM波形生成编程基础

### 2.1 PWM模块寄存器结构与配置

STM32系列微控制器中的PWM模块由TIM（定时器）外设实现。TIM外设包含多个寄存器，用于配置和控制PWM波形生成。

**TIMx_CR1 寄存器**

| 字段 | 描述 |
|---|---|
| CEN | PWM使能控制位 |
| UDIS | 更新禁止位 |
| UEV | 更新事件位 |
| ARPE | 自动重载预装值使能位 |
| CKD | 时钟分频系数 |

**TIMx_PSC 寄存器**

| 字段 | 描述 |
|---|---|
| PSC | 预分频系数 |

**TIMx_ARR 寄存器**

| 字段 | 描述 |
|---|---|
| ARR | 自动重载寄存器 |

**TIMx_CCR1 寄存器**

| 字段 | 描述 |
|---|---|
| CCR1 | 捕获/比较寄存器 1 |

**配置PWM模块**

1. **使能PWM模块：**设置TIMx_CR1寄存器的CEN位为1。
2. **设置时钟分频：**设置TIMx_PSC寄存器的PSC字段以分频PWM时钟。
3. **设置自动重载值：**设置TIMx_ARR寄存器的ARR字段以定义PWM波形的周期。
4. **设置比较值：**设置TIMx_CCR1寄存器的CCR1字段以定义PWM波形的占空比。

### 2.2 PWM波形参数设置与输出

**设置PWM波形频率**

PWM波形频率由以下公式计算：

频率 = 时钟频率 / (PSC + 1) / ARR

**设置PWM波形占空比**

PWM波形占空比由以下公式计算：

占空比 = CCR1 / ARR

**输出PWM波形**

1. **配置PWM输出引脚：**将PWM输出引脚配置为推挽输出模式。
2. **使能PWM输出：**设置TIMx_CCER寄存器的CC1E位为1。

### 2.3 PWM中断与DMA传输

**PWM中断**

TIM外设支持各种中断，包括更新中断和捕获/比较中断。

**DMA传输**

TIM外设支持DMA传输，允许在不占用CPU资源的情况下将数据传输到或从PWM寄存器。

**代码示例**

// 初始化TIM2为PWM模式
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN;
TIM2->CR1 = TIM_CR1_CEN;
TIM2->PSC = 7200 - 1; // 时钟分频为7200
TIM2->ARR = 1000 - 1; // PWM周期为1000us
TIM2->CCR1 = 500; // PWM占空比为50%
TIM2->CCER |= TIM_CCER_CC1E; // 使能PWM输出

# 3. STM32 PWM波形生成在电机控制中的应用**

### 3.1 直流电机控制原理与PWM应用

直流电机是一种通过电磁感应原理工作的电机，其转速与施加在其两端的电压成正比。PWM波形可以用来控制直流电机的转速和方向。

#### PWM控制直流电机转速

通过改变PWM波形的占空比，可以控制直流电机的转速。占空比越大，电机转速越快。

// 设置PWM占空比
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse = 500; // 占空比为 50%
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

#### PWM控制直流电机方向

通过改变PWM波形的相位，可以控制直流电机的方向。当PWM波形与电机正向旋转相位一致时，电机正向旋转；当PWM波形与电机反向旋转相位一致时，电机反向旋转。

// 设置PWM相位
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse = 500;
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
sConfigOC.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_LOW; // 反向相位
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

### 3.2 步进电机控制原理与PWM应用

步进电机是一种将电脉冲转换成机械角位移的电机。PWM波形可以用来控制步进电机的转速和步进角度。

#### PWM控制步进电机转速

通过改变PWM波形的频率，可以控制步进电机的转速。频率越高，电机转速越快。

// 设置PWM频率
TIM_TimeBaseInitTypeDef sConfig;
sConfig.Period = 1000; // 频率为 1 kHz
sConfig.Prescaler = 8400;
HAL_TIM_Base_Init(&htim, &sConfig);

#### PWM控制步进电机步进角度

通过改变PWM波形的占空比，可以控制步进电机的步进角度。占空比越大，步进角度越大。

// 设置PWM占空比
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMOD