STM32单片机定时器与PWM编程：精确控制时间与脉宽调制

# 1. STM32定时器基础**

**1.1 定时器概述**

STM32微控制器集成了多个定时器外设，用于精确测量和控制时间。定时器提供多种功能，包括计数、脉冲宽度调制（PWM）和捕获。

**1.2 定时器架构**

STM32定时器由一个预分频器、一个计数器和一个控制寄存器组成。预分频器用于降低输入时钟频率，计数器用于记录时间或事件，控制寄存器用于配置定时器的模式和功能。

# 2.1 定时器模式与配置

### 定时器模式

STM32定时器提供了多种工作模式，以满足不同的应用需求。主要模式包括：

- **向上计数模式：**定时器从0开始计数，直到达到预设值，然后重新从0开始计数。
- **向下计数模式：**定时器从预设值开始计数，直到达到0，然后重新从预设值开始计数。
- **中心对齐模式：**定时器从预设值的一半开始计数，向上或向下计数到0，然后重新从预设值的一半开始计数。
- **单脉冲模式：**定时器从0开始计数，达到预设值后停止计数，并产生一个中断。

### 定时器配置

定时器的配置主要涉及以下参数：

- **时钟源：**定时器的时钟源可以是内部时钟（SYSCLK、HCLK、PCLK1、PCLK2）或外部时钟（TIMx_ETR）。
- **预分频器：**用于分频时钟源，降低定时器的计数频率。
- **自动重装载值（ARR）：**定义定时器的计数上限，向上计数模式下为最大计数值，向下计数模式下为最小计数值。
- **比较值（CCR）：**用于比较定时器的计数值，当计数值与比较值相等时产生中断或输出脉冲。

### 代码示例

以下代码示例展示了如何配置定时器1为向上计数模式，时钟源为SYSCLK，预分频器为1000，自动重装载值为10000：

// RCC时钟使能
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_TIM1EN;

// 配置定时器模式
TIM1->CR1 &= ~TIM_CR1_DIR; // 向上计数模式
TIM1->CR1 &= ~TIM_CR1_CMS; // 边缘对齐模式

// 配置时钟源和预分频器
TIM1->PSC = 1000 - 1; // 预分频器为1000

// 配置自动重装载值
TIM1->ARR = 10000 - 1; // 自动重装载值为10000

// 使能定时器
TIM1->CR1 |= TIM_CR1_CEN;

### 逻辑分析

该代码首先使能定时器1的时钟，然后配置定时器为向上计数模式，边缘对齐模式。接着配置时钟源为SYSCLK，预分频器为1000，自动重装载值为10000。最后使能定时器，开始计数。

### 参数说明

- `RCC_APB2ENR_TIM1EN`：使能定时器1的时钟。
- `TIM_CR1_DIR`：向上计数模式控制位。
- `TIM_CR1_CMS`：边缘对齐模式控制位。
- `TIM1->PSC`：预分频器寄存器。
- `TIM1->ARR`：自动重装载值寄存器。
- `TIM_CR1_CEN`：定时器使能控制位。

# 3. PWM编程原理

### 3.1 PWM基本概念与原理

脉宽调制（PWM）是一种通过调节脉冲宽度来控制模拟信号的数字技术。它广泛应用于电机控制、电源管理和音频放大等领域。

PWM的基本原理是将一个周期性数字信号（载波）与一个控制信号（调制波）进行比较。当调制波大于载波时，输出信号为高电平；当调制波小于载波时，输出信号为低电平。通过改变调制波的占空比（高电平时间与周期之比），可以控制输出信号的平均值。

// PWM输出控制
void pwm_output_control(uint32_t pwm_timer, uint32_t pwm_channel, uint32_t duty_cycle) {
    // 设置 PWM 占空比
    TIM_SetCompare1(pwm_timer, duty_cycle);
}

### 3.2 P