STM32 PWM技术精解：控制电机与LED的利器，解锁运动控制

# 1. STM32 PWM技术简介**

PWM（脉冲宽度调制）是一种广泛应用于电机控制、LED控制等领域的数字调制技术。STM32微控制器提供了强大的PWM功能，使开发者能够轻松实现精确的运动控制和照明控制。

STM32 PWM模块具有以下特点：

* 可配置的定时器时钟源和预分频器，支持广泛的频率范围
* 多种输出模式，包括中心对齐、边缘对齐和不对称模式
* 可编程占空比，用于精确控制输出脉冲宽度
* 可配置的死区时间，用于防止输出短路
* 丰富的中断功能，用于实时响应PWM事件

# 2. STM32 PWM编程实践

### 2.1 PWM基本配置与初始化

**PWM时钟配置**

PWM时钟源选择至关重要，它决定了PWM输出频率的上限。STM32微控制器通常提供多个时钟源，如APB1时钟、APB2时钟和高速时钟。APB1和APB2时钟通常为系统时钟的2分频或4分频，而高速时钟则为系统时钟的倍频。

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

**PWM引脚配置**

PWM输出引脚需要配置为复用功能，以连接到相应的定时器通道。STM32微控制器提供多种复用功能，可通过GPIO外设寄存器进行配置。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
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);

**定时器初始化**

PWM定时器需要进行初始化，包括时基配置、预分频器设置和ARR寄存器的设置。时基配置决定了PWM输出频率，预分频器可以进一步降低输出频率，ARR寄存器用于设置PWM周期。

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 8400;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

### 2.2 PWM输出模式与频率设置

**PWM输出模式**

STM32 PWM支持多种输出模式，包括中心对齐模式、边缘对齐模式和不对称模式。中心对齐模式将PWM脉冲居中于PWM周期，边缘对齐模式将PWM脉冲对齐于PWM周期边缘，不对称模式允许对PWM脉冲的上升沿和下降沿进行独立控制。

TIM_OCMode_InitTypeDef TIM_OCModeStructure;
TIM_OCModeStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCModeStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCModeStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Disable;
TIM_OCModeStructure.TIM_Pulse = 500;
TIM_OCModeStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCModeStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;
TIM_OCModeStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
TIM_OCModeStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCModeStructure);

**PWM频率设置**

PWM输出频率由时基配置和预分频器设置共同决定。时基配置决定了PWM周期，预分频器可以进一步降低输出频率。

TIM_PrescalerConfig(TIM2, 8400, TIM_PSCReloadMode_Immediate);

### 2.3 PWM占空比控制

**占空比定义**

PWM占空比是指PWM脉冲的高电平时间占PWM周期的百分比。占空比控制PWM输出的平均电压，从而控制电机或LED的输出功率。

**占空比设置**

STM32 PWM通过修改比较寄存器(CCR)的值来控制占空比。CCR寄存器决定了PWM脉冲的高电平时间。

TIM_SetCompare1(TIM2, 250);

### 2.4 PWM中断处理

**PWM中断源**

STM32 PWM支持多种中断源，包括更新中断、比较中断和捕获中断。更新中断在PWM周期结束时触发，比较中断在PWM脉冲与比较寄存器值匹配时触发，捕获中断在外部事件触发时触发。

**PWM中断配置**

PWM中断需要在NVIC中配置，并编写中断服务程序。中断服务程序可以用于执行特定操作，例如更新PWM占空比或控制电机或LED的输出。

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

# 3. STM32 PWM在电机控制中的应用**

### 3.1 直流电机控制原理

直流电机是一种利用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控制直流电机可以通过调节施加在电机两端的电压的占空比来控制电机的转速。

### 3.2 PWM控制直流电机速度

**代码块：**

void dc_motor_speed_control(uint8_t duty_cycle) {
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;

  // 配置定时器输出比较模式
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  sConfigOC.Pulse = duty_cycle;

  // 初始化定时器输出比较通道
  HAL_TIM_OC_Init(&htim, &sConfigOC);

  // 启动定时器
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim, TIM_CHANNEL_1);
}

**逻辑分析：**

* `dc_motor_speed_control()` 函数接收一个占空比参数 `duty_cycle`，用于控制直流电机的转速。
* 函数首先配置定时器输出比较模式为 PWM1，并设置占空比为 `duty_cycle`。
* 然后，初始化定时器输出比较通道，并启动定时器。
* 通过调整 `duty_cycle` 的值，可以改变施加在电机两端的电压的占空比，从而控制电机的转速。

### 3.3 步进电机控制原理

步进电机是一种将电脉冲转换成机械角位移的电机。通过控制电脉冲的顺序和频率，可以控制步进电机的转