掌握STM32单片机PWM输出技术：实现电机控制，提升系统可靠性

# 1. STM32单片机PWM输出技术概述**

PWM（脉冲宽度调制）是一种数字信号调制技术，通过控制脉冲的宽度来表示模拟信号。在STM32单片机中，PWM输出技术广泛应用于电机控制、功率转换和信号采集等领域。

本章将概述PWM输出技术的原理，包括调制方式、波形分析以及频率和占空比控制。通过理解这些基本概念，读者可以为后续的PWM输出编程实践和应用打下坚实的基础。

# 2. PWM输出技术理论基础

### 2.1 PWM原理及调制方式

脉宽调制（PWM）是一种通过改变脉冲宽度来控制输出功率的调制技术。PWM输出波形由一系列脉冲组成，每个脉冲的宽度可变。脉冲宽度与输出功率成正比，即脉冲宽度越大，输出功率越大。

PWM调制方式主要有两种：

- **单极性调制：**所有脉冲都为正极性，脉冲宽度变化范围为0%~100%。
- **双极性调制：**脉冲既有正极性也有负极性，脉冲宽度变化范围为-100%~100%。

### 2.2 PWM输出波形分析

PWM输出波形可以分为以下几个关键参数：

- **频率：**单位时间内脉冲重复出现的次数，单位为Hz。
- **占空比：**一个周期内脉冲宽度与周期的比值，单位为%。
- **幅值：**脉冲的峰值电压或电流。

PWM输出波形的频率和占空比可以通过改变调制器内部的寄存器值进行控制。

### 2.3 PWM输出频率和占空比控制

STM32单片机中，PWM输出频率和占空比的控制主要通过以下寄存器实现：

- **ARR寄存器：**用于设置PWM输出波形的周期。
- **CCR寄存器：**用于设置PWM输出波形的占空比。

通过修改ARR和CCR寄存器中的值，可以控制PWM输出波形的频率和占空比。

**代码块：**

// 设置PWM输出频率
void set_pwm_frequency(TIM_TypeDef *TIMx, uint32_t frequency)
{
    uint32_t arr = SystemCoreClock / frequency - 1;
    TIMx->ARR = arr;
}

// 设置PWM输出占空比
void set_pwm_duty_cycle(TIM_TypeDef *TIMx, uint32_t duty_cycle)
{
    uint32_t ccr = (duty_cycle * TIMx->ARR) / 100;
    TIMx->CCR1 = ccr;
}

**代码逻辑分析：**

- `set_pwm_frequency()`函数通过计算ARR寄存器值来设置PWM输出频率。
- `set_pwm_duty_cycle()`函数通过计算CCR寄存器值来设置PWM输出占空比。

**参数说明：**

- `TIMx`：PWM输出定时器指针。
- `frequency`：PWM输出频率，单位为Hz。
- `duty_cycle`：PWM输出占空比，单位为%。

# 3. STM32单片机PWM输出编程实践

### 3.1 PWM输出硬件配置

**时钟配置**

PWM输出需要使用定时器外设，因此需要首先配置定时器时钟。对于STM32单片机，PWM输出一般使用高级定时器（TIMx），其时钟源可以是APB1或APB2总线时钟。

**定时器配置**

配置定时器时，需要设置以下参数：

- **时钟预分频器（PSC）：**用于分频定时器时钟，降低PWM输出频率。
- **时钟计数器（ARR）：**用于设置PWM输出周期的最大值。
- **比较寄存器（CCR）：**用于设置PWM输出占空比。

**GPIO配置**

PWM输出需要通过GPIO引脚输出，因此需要配置相应的GPIO引脚为复用功能，选择PWM输出功能。

### 3.2 PWM输出软件编程

**初始化**

在软件中，需要初始化PWM输出，包括配置时钟、定时器和GPIO引脚。

**启动PWM输出**

配置完成后，需要启动PWM输出，使定时器开始计数并输出PWM波形。

**设置PWM参数**

PWM输出的参数，包括频率、占空比等，可以通过设置定时器的PSC、ARR和CCR寄存器来调整。

**代码示例**

// 初始化PWM输出
void pwm_init(void) {
  // 配置时钟