STM32G474单片机开发入门(七)定时器PWM波输出与输入实战

本文对定时器的PWM模块输出与输入做了个简单介绍，能通过STM32G474RET6单片机进行PWM波形输出,输出1KHZ,50%占空比的PWM波，同时驱动TIM1进行PWM输入波形采集，计算出占空比与周期，两个数值与发送的一致。

光子物联

1535人浏览 · 2025-10-08 10:49:25

光子物联 · 2025-10-08 10:49:25 发布

文章目录

一.概要

脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用单片机数字输出（1或0）来对外部模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
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PWM波主要应用场景：
电机控制
PWM信号可以用来控制直流电机的转速和位置，实现对电机的精确控制。在无刷直流电机（BLDC）和步进电机中，利用PWM调制可以充分发挥电子设备的精确度和能效。

LED灯光调光
PWM信号可用于调控LED灯的亮度。通过改变PWM信号的占空比（on-time和off-time的比值），可以实现对LED灯光的调光操作，达到节能和避免眩光的效果。

电源管理
采用PWM技术的开关稳压器（如降压转换器）在电源管理中具有广泛的应用。

音频放大器
在数字音频放大器中，PWM信号用于控制音频信号的放大和调制。

混合动力电动汽车（HEV）和电动汽车（EV）
PWM信号用于控制电池充放电和电动机的驱动管理，提高电池的使用性能和寿命。

伺服系统
在伺服系统中，PWM信号用于传输伺服电机的控制信号，实现对伺服电机的精确控制。

二.PWM输出波形框架图

定时器部分框图如下，其中PWM相关的主要是基本定时器和PWM输出控制部分，基本定时器主要控制PWM输出的频率，PWM控制部分主要控制PWM输出的占空比。
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PWM输出控制部分信号流向如下图所示
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主要寄存器
1.TIMx_CCR1
捕获比较(值)寄存器（x=1,2,3,4):设置比较值。

2.TIMx_CNT
计数器值与捕获比较寄存器CCR1进行比较,通过比较结果输出有效电平和无效电平。

3.TIMx_ARR
自动重装载寄存器,计数器(TIMx_CNT)开始计数，直到计数器(TIMx_CNT)达到TIMx_ARR中存放的值后，重新回到0，依次循环。

在PWM工作模式下，引入一个寄存器CCRx，这个寄存器用于控制PWM输出波的有效电平长度（占空比），假定定时器工作在向上计数 PWM模式，且当 CNT<CCRx 时，输出 0，当 CNT>=CCRx 时输出 1。当 CNT 达到 ARR 值的时候，重新归零，然后重新向上计数，依次循环。改变 CCRx 的值，就可以改变 PWM 输出的占空比，改变 ARR 的值，就可以改变 PWM 输出的频率。

工作过程如下图所示
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三.PWM输入框架图

定时器部分框图如下，其中PWM相关的主要是基本定时器和PWM输入控制部分。

PWM输入检测部分信号流向如下图所示。
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该模式是输入捕获模式的一个特例，除下列区别外，操作与输入捕获模式相同：
● 两个ICx信号被映射至同一个TIx输入。
● 这2个ICx信号为边沿有效，但是极性相反。
● 其中一个TIxFP信号被作为触发输入信号，而从模式控制器被配置成复位模式。

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周期，占空比测量如下图所示：
TI1为输入PWM波信号波形，TIMx_CNT为计数器计数值，当第一个下降沿信号到来，IC2会先进行捕获，然后到下一个上升沿到来，IC1进行捕获！在捕获的同时，IC1和IC2会把CNT的值映射到对应的CCR1、CCR2的寄存器里面，这个值就是我们需要的计数值！
那么我们所需测量的周期就是IC1捕获的值，脉冲宽度即为IC2测量的值。

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四.CubeMX配置一个TIME输出1KHZ，占空比50%PWM波，并且带输入采集的例程

1.硬件准备

STLINK接STM32G474RET6开发板，STLINK接电脑USB口，一台波形测量仪接PA10脚跟GND，用杜邦线把PA9与PA10接起来。
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2.创建CubeMX工程

如下图所示，打开STM32CubeMX软件，新建工程。
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如下图所示，Part Number处输入STM32G474RE，再双击就创建新的工程。

如下图所示，配置下载口引脚，PA13为SWD的SWDIO脚，PA14为SWD的SWCLK脚。
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如下图所示，配置TIM2_CH4为PWM输出，PA10引脚作为输出脚，周期为1ms，高电平脉冲时间为500us，所以占空比为50%。
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如下图所示，配置TIM1_CH2为PWM输入，PA9引脚作为输入脚，选择TI2FP2，TI2FP2中的“TI2”表示定时器的第2通道输入（Timer Input 2），当选择TI2FP2作为触发源时，该信号会用于控制定时器的计数过程，TI2FP2的有效边沿可以触发定时器计数器复位，从而实现对输入信号的特定事件（如脉冲宽度、周期）的测量。通道2采样的是周期，通道1采样的是占空比。
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如下图所示，中断使能。

如下图所示，配置系统主频170Mhz，使用内部16MHZ晶振。
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配置工程文件名，保存路径，KEIL5工程输出方式，生成工程。
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如下图所示，增加代码，添加PWM输入与输出使能。
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如下图所示，增加代码，添加PWM输入捕获回调函数void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)，采集占空比与周期。
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主要代码如下

/* Captured Value */
__IO uint32_t            uwIC2Value = 0;
/* Duty Cycle Value */
__IO uint32_t            uwDutyCycle = 0;//占空比
/* Frequency Value */
__IO uint32_t            uwFrequency = 0;//频率
/* USER CODE END PV */
//输入捕捉中断服务程序
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  if (htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2)
  {
    uwIC2Value = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_2);//读取捕获到上升沿的计数值,就是周期的计数
    if (uwIC2Value != 0)
    {
      uwDutyCycle = ((HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1)) * 100) / uwIC2Value;//高电平时间计数/周期计数就是占空比，单位%
      //定时器基础时钟是1MHZ，初始化的时候分频了
      uwFrequency = (HAL_RCC_GetSysClockFreq()/170) / uwIC2Value;//计数值转成周期频率，单位HZ

    }
    else
    {
      uwDutyCycle = 0;
      uwFrequency = 0;
    }
  }
}
/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();//SysTick配置成1ms中断

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();//16M内部晶振，170MHZ系统主频

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM2_Init();//定时器2初始化，1KHZ,50%占空比
  MX_TIM1_Init();//定时器1初始化，PWM输入，1MHZ
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	if(HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_4) != HAL_OK)//启动PWM波输出
  {
    /* PWM generation Error */
    while(1);
  }
  if (HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim1, TIM_CHANNEL_2) != HAL_OK)//定时器1通道2输入捕获使能
  {
    /* Starting Error */
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim1, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)//定时器1通道1输入捕获使能
  {
    /* Starting Error */
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		HAL_Delay(100);//等待100ms

  }
  /* USER CODE END 3 */
}