STM32Cube_HAL库笔记（二）-PWM

2025-10-08

HAL

7.1k 词

本系列主要讲解STM32CubeHAL的使用，详细的安装部署教程请见【STM32】STM32 CubeMx使用教程一–安装教程-CSDN博客

PWM原理详情请见标准库笔记

工程创建

1设置RCC

设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源

2设置定时器

1.选择TIM3
2.设置定时器时钟源为内部时钟源
设置定时器CH1为PWM模式
3.对应管脚自动设置为复用模式
4.可自行选择是否开启定时器中断

Channel1~4 就是设置定时器通道的功能 (输入捕获、输出比较、PWM输出、单脉冲模式)

Mode 选择PWM模式1
Pulse(占空比值) 先给0
Fast Mode PWM脉冲快速模式：和我们配置无关，不使能
PWM 极性： 设置为低电平 PS: 由于LED是低电平点亮，所以我们把极性设置为low

在 Parameter Settings 页配置预分频系数为 71，计数周期(自动加载值)为 499，定时器溢出频率，即PWM的周期，就是 72MHz/(71+1)/(499+1) = 2kHz

PWM频率：

Fpwm =Tclk / ((arr+1)*(psc+1))(单位：Hz)

arr 是计数器值
psc 是预分频值

占空比：

duty circle = TIM3->CCR1 / arr(单位：%)
TIM3->CCR1 用户设定值

比如定时器频率Tclk = 72Mhz arr=499 psc=71 那么PWM频率就是720000/500/72= 2000Hz，即2KHz

arr=499,TIM3->CCR1=250 则pwm的占空比为50%

改CCR1可以修改占空比，修改arr可以修改频率

3时钟源设置

1选择外部时钟HSE 8MHz
2PLL锁相环倍频72倍
3系统时钟来源选择为PLL
4设置APB1分频器为 /2

呼吸灯

1、工程配置

开启外部晶振：在Pinout&Configuration -> System Core -> RCC 页面，将 High Speed Clock (HSE) 配置为 Crystal/Ceramic Resonator

配置时钟源

配置时钟频率：在Clock Configuration 页面，将PLL Source 选择为 HSE，将System Clock Mux 选择为 PLLCLK，然后在HCLK (MHz) 输入72并回车，将HCLK频率配置为 72 MHz

时钟配置

分配引脚：在Pinout&Configuration页面，将PA6、PA7、PB0分别配置为TIM3_CH1、TIM3_CH2、TIM3_CH3
配置TIM3：在Pinout&Configuration -> Timers -> TIM3
- 勾选 Internal Clock，开启 TIM3 的内部时钟源
- Configuration -> Mode，将 Channel1、Channel2、Channel3 分别配置为 PWM Generation CH1、2、3
- Configuration -> Parameter Settings -> Counter Settings，将 Prescaler 配置为 72-1，将 Counter Period 配置为 100-1，使PWM频率为10kHz
  
  PWM频率 = 72MHz ÷ 72 ÷ 100 = 10 kHz

2、代码

启动PWM输出

//启动3个通道的PWM输出
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_2);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_3);

在while循环中逐渐改变占空比

__HAL_TIM_SET_COMPARE 可以设置PWM的占空比，范围 0 - 99

注意：占空比必须小于前面配置的Counter Period，例程中配置为100-1，即占空比可调范围是 0 - 99
先从0逐渐增加到99，亮度逐渐提高
再从99逐渐减小到0，亮度逐渐降低

while (1) {
    // PWM通道CH1-3分别对应三个颜色，下面示例三个颜色一起呼吸灯
    // 0-99为占空比，0为最小亮度，99为最大亮度
    // 每7ms调整一次占空比，从0逐渐增加到99
    for (int period = 0; period < 100; period++) {
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, period);
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, period);
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_3, period);
        HAL_Delay(7);
    }
    // 从99逐渐减小到0
    for (int period = 99; period >= 0; period--) {
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, period);
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, period);
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_3, period);
        HAL_Delay(7);
    }
    HAL_Delay(100); 
}

舵机控制

SG-90 舵机简介

舵机最早是应用于遥控模型的小型执行器，因此也称为RC舵机。它有一个输出轴，可以连接摇臂，通过输入信号就能控制摇臂的运动。
与电机不同的是，它可以准确的控制摇臂旋转到某一个指定位置，并且自动抵抗外力，维持位置。
除了RC模型，舵机可以用于双足机器人、机械臂、自动化执行器（阀门、门窗等等）

注意：舵机内部是塑料减速齿轮，不可大力掰摇臂，避免损坏齿轮
舵机的输入信号为 50Hz 的PWM波，其占空比范围 **2.5%~~12.5%**，分别对应 **0°~~180°**位置。因此，调整PWM占空比即可控制舵机的角度。

1、工程配置

开启外部晶振：在Pinout&Configuration -> System Core -> RCC 页面，将 High Speed Clock (HSE) 配置为 Crystal/Ceramic Resonator

配置时钟源

配置时钟频率：在Clock Configuration 页面，将PLL Source 选择为 HSE，将System Clock Mux 选择为 PLLCLK，然后在HCLK (MHz) 输入72并回车，将HCLK频率配置为 72 MHz

时钟配置

分配引脚：在Pinout&Configuration页面，将PB8配置为TIM4_CH3
配置TIM4：在Pinout&Configuration -> Timers -> TIM4
- Configuration -> Mode，勾选Internal Clock，开启 TIM4 的内部时钟源
- Configuration -> Mode，将 Channel3 配置为 PWM Generation CH3
- Configuration -> Parameter Settings -> Counter Settings，将 Prescaler 配置为 720-1，将Counter Period 配置为 2000-1，此时PWM频率为 50 Hz
  
  PWM频率 = 72 MHz ÷ 720 ÷ 2000 = 50 Hz

2、代码

启动PWM输出：HAL_TIM_PWM_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_3) 启动PWM输出

舵机控制：

舵机角度受占空比控制，占空比 2.5%~~12.5% 代表 0°~~180°
占空比通过__HAL_TIM_SET_COMPARE 调节，参数范围 50~250

占空比 = Compare寄存器值 ÷ Counter Period计数周期

因此，__HAL_TIM_SET_COMPARE 填入的值 = 占空比 * Counter Period

例如，设置占空比为2.5%、12.5%时，2.5% * 2000 = 50，2.5% * 2000 = 250

while (1)
{
    // 舵机控制占空比范围2.5% ~ 12.5%
    // Counter Period设置的是2000，因此占空比设置范围是50 ~ 250

    // 中点，占空比7.5%，即2000 * 7.5% = 150
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 150);
    HAL_Delay(1000);

    // 向左转，占空比2.5%，即2000 * 2.5% = 50
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 50);
    HAL_Delay(1000);

    // 向右转，占空比12.5%，即2000 * 12.5% = 250
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 250);
    HAL_Delay(1000);
}

【PWM】无源蜂鸣器

1、工程配置

开启外部晶振：在Pinout&Configuration -> System Core -> RCC 页面，将 High Speed Clock (HSE) 配置为 Crystal/Ceramic Resonator

配置时钟源

配置时钟频率：在Clock Configuration 页面，将PLL Source 选择为 HSE，将System Clock Mux 选择为 PLLCLK，然后在HCLK (MHz) 输入72并回车，将HCLK频率配置为 72 MHz

时钟配置

分配引脚：在Pinout&Configuration页面，配置如下引脚
- 将PB9配置为TIM4_CH4，
- 将PB12、PB13设置为GPIO_Input，并分别设置User Label为KEY1、KEY2
配置GPIO：在Pinout&Configuration -> GPIO，将PB13的GPIO Pull-up/Pull-down配置为Pull-up
配置TIM4：在Pinout&Configuration -> Timers -> TIM4
- 勾选 Internal Clock，开启 TIM4 的内部时钟源
- Configuration -> Mode，将 Channel4 配置为 PWM Generation CH4
- Configuration -> Parameter Settings -> Counter Settings，将 Prescaler 配置为 72-1

2、代码

启动PWM输出

1	`HAL_TIM_PWM_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_4);`

在while循环中检测按键并输出相应的频率

htim4.Instance->ARR = 500 可以将 TIM4 的 Counter Period 设置为 500

此时，PWM频率 = 72 MHz ÷ 72 ÷ 500 = 2 kHz
__HAL_TIM_SET_COMPARE 可以设置PWM的占空比，将占空比设为 20%，可以确保声音清脆明亮

注意：占空比必须小于前面配置的Counter Period，例程中配置为100-1，即占空比可调范围是 0 - 99

while (1)
{
    // KEY1按下: 输出2kHz声波
    if (!HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin))
    {
        htim4.Instance->ARR = 500; // 2kHz = 72MHz / 72 / 500
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_4, htim4.Instance->ARR / 5); // 20%占空比
    }
    // KEY2按下: 输出3kHz声波
    else if (!HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port, KEY2_Pin))
    {
        htim4.Instance->ARR = 334; // 3kHz = 72MHz / 72 / 334
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_4, htim4.Instance->ARR / 5); // 20%占空比
    }
    // 否则: 关闭声波输出
    else
    {
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 0);
    }
    HAL_Delay(100);
}

直流电机（DRV8833 电机）

1、工程配置

开启外部晶振：在Pinout&Configuration -> System Core -> RCC 页面，将 High Speed Clock (HSE) 配置为 Crystal/Ceramic Resonator

配置时钟源

配置时钟频率：在Clock Configuration 页面，将PLL Source 选择为 HSE，将System Clock Mux 选择为 PLLCLK，然后在HCLK (MHz) 输入72并回车，将HCLK频率配置为 72 MHz

时钟配置

分配引脚：在Pinout&Configuration页面，配置如下引脚
- 将PA0、PA1分别配置为TIM2_CH1、TIM2_CH2
- 将PB12、PB13设置为GPIO_Input，并分别设置User Label为KEY1、KEY2
配置GPIO：在Pinout&Configuration -> GPIO，将PB13的GPIO Pull-up/Pull-down配置为Pull-up
配置TIM2：在Pinout&Configuration -> Timers -> TIM2
- Configuration -> Mode -> Clock Source 选择 Internal Clock，开启 TIM2 的内部时钟源
- Configuration -> Mode，将 Channel1、Channel2 分别配置为 PWM Generation CH1、2
- Configuration -> Parameter Settings -> Counter Settings，将 Prescaler 配置为 72-1，将Counter Period 配置为 100-1，此时PWM频率为 10 kHz

2、代码

逻辑功能：在while循环中检测按键并输出相应的占空比：
- 按下KEY1，启动PWM输出，占空比配置为99%，风扇高速运转
- 按下KEY2，启动PWM输出，占空比配置为85%，风扇中速运转
- 没有按键按下，关闭PWM输出，风扇停止
转速控制：
- __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 99) 设置PWM的占空比越高，转速越快
注意

占空比过低时，电机可能无法启动。建议先从 99 占空比开始测试。

提示

由于我们配置的 Counter Period 为 100-1，因此占空比最高可以设置为 99，而非 100

正/反方向控制：

配置了CH1、CH2两路PWM输出，但每次只需要启动1路PWM输出，这代表了不同的旋转方向。
例如，HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1) 启动TIM2_CH1，电机正转；如果启动CH2，则电机反转
当需要转换方向，或者需要停止时，可以调用HAL_TIM_PWM_Stop(&htim2, TIM_CHANNEL_1) 停止PWM输出

while (1)
{
    // KEY1按下：占空比99% 高速正转
    if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
        // 启动PWM通道1输出（只能同时启动1个通道，两个通道对应正/反转）
        HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
        // 配置通道1的占空比，影响电机转速（占空比过低可能导致电机无法启动）
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 99);
    }
    // KEY2按下：占空比85% 中速正转
    else if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port, KEY2_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
        // 启动PWM通道1输出（只能同时启动1个通道，两个通道对应正/反转）
        HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
        // 配置通道1的占空比，影响电机转速（占空比过低可能导致电机无法启动）
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 85);
    }
    else
    {
        // 停止PWM通道1输出
        HAL_TIM_PWM_Stop(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
    }
    HAL_Delay(100);
}

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