STM32F103手册中如何配置PWM输出模式？

Question

在查阅STM32F103参考手册时，许多开发者对如何正确配置定时器以实现PWM输出模式感到困惑。常见问题是：当使用通用定时器（如TIM2-TIM5）配置PWM时，应如何设置捕获/比较寄存器（CCR）、自动重载寄存器（ARR）以及输出比较模式？特别是，在选择PWM模式1与模式2时，其有效电平差异容易导致输出波形不符合预期。此外，极性设置（CCxP）与时钟使能、GPIO复用功能配置的顺序也常被忽略，导致无PWM信号输出。如何根据手册中的寄存器定义和时序图，正确完成从时钟使能到占空比调节的完整配置流程？

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STM32F103通用定时器PWM输出配置详解

1. 基础概念：PWM与定时器工作原理

PWM（脉宽调制）是一种通过调节占空比来控制平均电压的技术，广泛应用于电机驱动、LED调光等场景。在STM32F103中，通用定时器如TIM2-TIM5支持多种PWM模式。

核心寄存器包括：

• ARR（Auto-Reload Register）：决定PWM周期
• CCR（Capture/Compare Register）：决定占空比
• CCMRx（Capture/Compare Mode Register）：设置输出比较模式
• CCER（Capture/Compare Enable Register）：使能通道并设置极性

定时器基于内部时钟（经PSC预分频后）递增计数，当计数值等于CCR时触发动作，达到ARR后重置。

2. PWM模式选择：模式1 vs 模式2

模式	计数器 < CCR	计数器 ≥ CCR	典型应用场景
PWM Mode 1	有效电平（高）	无效电平（低）	正向PWM输出
PWM Mode 2	无效电平（低）	有效电平（高）	互补或反相需求

若误选模式2，原本期望高占空比输出长时间高电平，实际却变为短时间高电平，导致波形反转。

3. 配置流程：从时钟使能到信号输出

1. 开启APB1或APB2总线时钟（RCC）
2. 配置GPIO为复用推挽输出模式
3. 设置TIMx的PSC、ARR以确定频率
4. 配置CCMRx寄存器选择PWM模式
5. 设置CCER寄存器启用通道及极性（CCxP）
6. 启动定时器（CR1寄存器）
7. 动态修改CCR值调节占空比

4. 寄存器级配置示例（以TIM3_CH1为例）

// RCC使能
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM3EN;
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;

// GPIOA.6 复用推挽输出
GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_MODE6;
GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE6_1;        // 2MHz
GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF6;
GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_CNF6_1;         // 复用推挽

// TIM3基本配置
TIM3->PSC = 71;                          // 72MHz / (71+1) = 1MHz
TIM3->ARR = 999;                         // 周期1ms → 1kHz
TIM3->CCR1 = 250;                        // 占空比25%

// PWM模式1，OC1M[2:0]=110
TIM3->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1M_2 | TIM_CCMR1_OC1M_1;
TIM3->CCMR1 &= ~TIM_CCMR1_OC1M_0;
TIM3->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1PE;          // 使能预装载

// 使能通道1，非反相输出
TIM3->CCER |= TIM_CCER_CC1E;

// 启动定时器
TIM3->CR1 |= TIM_CR1_CEN;

5. 极性与时序关键点分析

极性由CCER中的CCxP位控制：

• CCxP=0：正常极性（CCR匹配时按模式翻转）
• CCxP=1：反向极性（高低电平反转）

常见错误是先启动定时器再配置GPIO，导致无信号输出。正确顺序必须是：

graph TD A[RCC时钟使能] --> B[GPIO复用配置] B --> C[TIM参数设置:PSC/ARR] C --> D[CCMRx设PWM模式] D --> E[CCER使能+极性] E --> F[启动CR1.CEN] F --> G[动态调节CCR]

6. 动态占空比调节与调试技巧

运行时可通过更新CCR寄存器实现平滑调光或调速：

void set_pwm_duty(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t channel, uint32_t duty) {
    uint32_t arr = TIMx->ARR;
    uint32_t ccr = (arr * duty) / 100;  // 百分比输入
    switch(channel) {
        case 1: TIMx->CCR1 = ccr; break;
        case 2: TIMx->CCR2 = ccr; break;
        // 其他通道...
    }
}

建议使用逻辑分析仪验证波形，并结合STM32参考手册第14章时序图核对边沿行为。