STM32F429 定时器 TIM1 输出 PWM 配置教程（基于标准库）

0、前言

1、时钟

一、TIM1 输出 PWM 原理

1. 定时器核心架构

STM32F429 的 TIM1 是高级定时器，支持向上/向下计数模式、互补 PWM 输出、死区插入和刹车功能，核心模块包括：

• 时基单元：由计数器（CNT）、自动重装载寄存器（ARR）、预分频器（PSC）组成，决定 PWM 频率/周期。
• 输出比较单元：通过比较计数器（CNT）值与捕获比较寄存器（CCR），控制输出电平翻转，改变CCR可实现占空比调节。在每个周期内，CNT从0开始计数到ARR（向上计数模式）。CCR的值小于ARR，大于0.
• 刹车和死区单元（BDTR）：确保互补 PWM 输出时上下桥臂不会直通，提升功率电路安全性。

2. PWM 生成逻辑

• 频率计算：
  f = TIM1输入时钟频率 / (PSC + 1) x (ARR + 1)
  其中 PSC 是预分频值，ARR 是自动重装载值（代码中为 TIM1_PERIOD - 1）。
  TIM1的输入时钟频率：挂载在APB2总线，STM32F429芯片的APB2总线最高频率为90MHz。TIM1输入频率一般会是APB2总线的2倍频:180MHz.
  STM32F429的时钟系统详解请点此查看另一篇文章
• 占空比控制：
  当计数器值小于等于 CCR 时输出有效电平（取决于 PWM模式 和 极性配置），大于 CCR 时输出无效电平，有效电平持续时间决定占空比。改变CCR可实现占空比调节。

二、关键寄存器解析

1. 时基寄存器（TIMx_CR1、TIMx_PSC、TIMx_ARR）

• TIMx_CR1：配置计数模式（向上/向下）、使能预装载等。

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数
  

• TIMx_PSC：预分频器，将系统时钟分频为定时器时钟。

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = TIM1_PRESCALER - 1; // 预分频值
  

• TIMx_ARR：自动重装载值，决定 PWM 周期/频率。

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = TIM1_PERIOD - 1; // 周期寄存器值
  

2. 输出比较寄存器（TIMx_CCMR1、TIMx_CCRx）

• TIMx_CCMR1：设置 PWM 模式（模式1/模式2）、输出极性等。 当CNT小于CCR时，PWM模式1输出有效电平，PWM2输出无效电平。有效电平指可以驱动功率电路MOS管或者IGBT导通的电平。输出极性即为配置有效电平为高电平（TIM_OCPolarity_High）或者低电平（TIM_OCPolarity_Low）。

  TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // 选择PWM模式
  

• TIMx_CCRx：比较值寄存器，决定占空比。

  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = TIM1_PERIOD / 2; // 50%占空比
  

3. 刹车和死区寄存器（TIMx_BDTR，Dead time generator）

• TIMx_BDTR：配置死区时间、刹车功能、输出使能等。

  TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = DEAD_TIME_VALUE; // 死区时间配置
  

点击查看：如何计算死区时间

三、硬件准备与 GPIO 配置（GPIO_Config 函数解析）

1. 引脚映射

引脚	TIM1 功能	配置说明
PE8	TIM1_CH1N（互补通道1）	复用 AF1，推挽输出，上拉
PE9	TIM1_CH1（主通道1）	复用 AF1，推挽输出，上拉
PE10	TIM1_CH2N（互补通道2）	复用 AF1，推挽输出，上拉
PE11	TIM1_CH2（主通道2）	复用 AF1，推挽输出，上拉

2. 代码实现

void GPIO_Config(void) {
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE | RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE); // 使能GPIO时钟

    // 配置PE8-PE11为TIM1复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; // 复用功能模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_AF = GPIO_AF_TIM1;  // 映射到TIM1（AF1）
    GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
}

四、TIM1 配置步骤（TIM1_Config 函数解析）

1. 时基单元初始化（决定 PWM 频率）

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = TIM1_PERIOD - 1;        // 自动重装载值（周期）
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = TIM1_PRESCALER - 1;  // 预分频系数（0表示不分频）
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);

• 频率计算示例：若系统时钟为 168MHz，TIM1_PRESCALER=1（预分频值0），TIM1_PERIOD=2000，则频率为 168MHz / (1*2000) = 84kHz。

2. 输出比较配置（通道1与通道2）

通道1（主通道 + 互补通道）

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;         // PWM模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; // 使能主输出
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable; // 使能互补输出
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  // 主通道高有效
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High; // 互补通道高有效（与主通道同相）
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);

• PWM模式1特性：向上计数时，计数器≥CCR时输出有效电平，适用于需要后期高电平的场景。

通道2（配置为PWM模式2）

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;         // PWM模式2
TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);

• PWM模式2特性：向上计数时，计数器<CCR时输出有效电平，与通道1形成互补逻辑。

3. 死区与刹车配置（功率电路安全核心）

TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = DEAD_TIME_VALUE;      // 死区时间（单位：定时器周期）
TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Enable; // 使能自动输出
TIM_BDTRConfig(TIM1, &TIM_BDTRInitStructure);

• 死区时间作用：避免上下桥臂同时导通，DEAD_TIME_VALUE需根据功率器件开关速度调整（示例值为最小安全死区）。

4. 预装载与使能配置

TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE);       // 使能自动重装载预装载
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);         // 高级定时器必须调用，开启PWM输出
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);                    // 启动定时器

五、波形关系与极性配置

1. 通道逻辑关系

通道	配置参数	输出波形特性
CH1	PWM模式1，高有效	计数器≥CCR时输出高电平
CH1N	互补通道，高有效	与CH1反相（通过极性配置实现）
CH2	PWM模式2，高有效	计数器<CCR时输出高电平
CH2N	互补通道，高有效	与CH2反相，与CH1同相

2. 极性与模式配合

• 主通道极性（TIM_OCPolarity_High）：有效电平为高电平。
• 互补通道极性（TIM_OCNPolarity_High）：与主通道同相，需根据电路需求调整（如全桥驱动需反相时设为 Low）。

六、应用场景与调试建议

1. 典型应用

• 全桥驱动电路：CH1/CH1N 控制上桥臂，CH2/CH2N 控制下桥臂，死区时间防止直通。
• 电机调速：通过修改 TIMx_CCRx（TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse）调整占空比。

2. 调试工具

• 逻辑分析仪：抓取引脚波形，验证占空比和死区时间。
• 示波器：观测高频噪声，检查 GPIO 复用配置是否正确（AF1 对应 TIM1）。

3. 注意事项

• 死区时间计算：需根据公式 死区时间 = DEAD_TIME_VALUE × 定时器周期，确保不小于功率器件的开关延迟。
• 预分频值范围：TIM1_PRESCALER 最大为 65536，避免频率过低导致电机抖动。
• 极性匹配：若输出波形异常，检查 TIM_OCPolarity 与 TIM_OCNPolarity 是否与硬件逻辑一致。

七、完整代码框架

#include "stm32f4xx.h"
//  宏定义
#define TIM1_PERIOD       2000    // 自动重装载值（决定周期）
#define TIM1_PRESCALER    1       // 预分频系数（1=不分频）
#define DEAD_TIME_VALUE   5       // 死区时间（定时器周期数）

// 核心函数
void GPIO_Config(void) { /* 见下文 */ }
void TIM1_Config(void) { /* 见下文 */ }

int main(void) {
    GPIO_Config();
    TIM1_Config();
    while (1);
}

/**
 * @brief  配置GPIO：PE8,PE9,PE10,PE11用于TIM1通道及互补输出；PC0,PC1用于PWM使能
 */
void GPIO_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    /* 开启GPIOE和GPIOC时钟 */
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE | RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);

    /* 配置PE8-PE11: AF mode, AF1(TIM1) */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =
        GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);

    /* 选择复用功能AF1: TIM1 */
    GPIO_PinAFConfig(GPIOE, GPIO_PinSource8, GPIO_AF_TIM1);   // TIM1_CH1N
    GPIO_PinAFConfig(GPIOE, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_TIM1);   // TIM1_CH1
    GPIO_PinAFConfig(GPIOE, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_TIM1);  // TIM1_CH2N
    GPIO_PinAFConfig(GPIOE, GPIO_PinSource11, GPIO_AF_TIM1);  // TIM1_CH2

    /* 配置PC0和PC1为普通推挽输出，用于PWM通道硬件电路的输出使能 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_OUT;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_NOPULL;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
}

/**
 * @brief  配置TIM1及其PWM输出：含通道1、2及其互补输出、死区插入
 */
void TIM1_Config(void)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;

    /* 开启TIM1时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);

    /* 定时器基础配置 */
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period        = TIM1_PERIOD - 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler     = TIM1_PRESCALER - 1;  // 预分频系数
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode   = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);

    /* 配置TIM1 CH1 和 CH2 输出PWM */
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode       = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState  = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse        = TIM1_PERIOD / 2;  // 初始占空比50%
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity   = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity  = TIM_OCNPolarity_Low;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState  = TIM_OCIdleState_Reset;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;

    /* 配置通道1 */
    TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);

    /* 配置通道2 */
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;
    TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_OC2PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);

    /* 死区、刹车以及PWM输出使能配置 */
    // 离散模式输出保持状态
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable;
    // 切换非重载时保持输出状态
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable;
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_OFF;
    // 死区时间：根据定时器时钟周期设定
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = DEAD_TIME_VALUE;
    // 禁用刹车
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break           = TIM_Break_Disable;
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity   = TIM_BreakPolarity_High;
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Enable;
    TIM_BDTRConfig(TIM1, &TIM_BDTRInitStructure);

    /* 使能TIM1的预装载寄存器 */
    TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE);

    /* 使能定时器 */
    TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);

    /* 高级定时器必须调用此函数开启PWM输出 */
    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);
}

通过以上步骤，可实现 TIM1 输出具有互补关系的 PWM 波形，适用于需要高精度控制的功率驱动场景。配置时需结合硬件参数调整死区时间和占空比，确保系统稳定性和安全性。