经常会用到单片机到输出一定频率的脉冲信号，也没频率的极限是多少呢？近期我做了一些简单的试验，结果分享给大家供参考。
如何输出更高频率的脉冲？对于STM32F103（Cortex-M3内核）来说，即使中断服务程序（ISR）里什么都不做，从硬件触发中断到开始执行程序的第一条指令，固定需要12个时钟周期。在此基础上，再加上从ISR返回主程序的时间（出栈），总共大约需要 18个时钟周期。以主频72MHz计算，约250ns。若考虑在中断程序中进行电平翻转，所花时间更长，应该超过500ns。因此，通过定时器中断输出脉冲的频率很难达到1MHz。想要更高的频率只能另想办法。即使用定时器的PWM模式实现，而不能通过代码循环翻转GPIO电平。
定时器PWM模式是生成精确、稳定高频方波的标准方法，整个过程由硬件自动完成，不占用 CPU 资源。其频率由决定于公式：Fpwm = 72MHz / ((ARR+1) * (PSC+1))，72MHz为stm32主频，ARR定时器的自动重装载值，决定输出脉冲的周期即频率；PSC为预分频系数。而输出脉冲的占空比由定时器输出比较相关寄存器中的TIM_Pulse决定。理论上设ARR=0，PSC=0，可输出72MHz。但若ARR=0，则无法实现电平翻转，因为硬件也必须在一个主频有效边沿信号到来时动作一次。因此ARR必须大于等于1，在上一个主频周期内输出维持一个电平，下一个主频周期到来时电平翻转，即输出频率理论极限为主频的一半。
以TIM2_CH4在PWM模式下输出脉冲，程序代码如下：

void TIM2_CH4_PWM_Init(void)
{
	  uint16_t arr = 1;  //设定输出脉冲周期
    GPIO_InitTypeDef        GPIO_InitStruct;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct;
    TIM_OCInitTypeDef       TIM_OCInitStruct;

    // 1. 端口及定时器时钟使能:GPIOA + TIM2
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    // 2. 引脚PA3初始化
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 3. 时基配置
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler = 0;
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period    = arr;
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode   = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStruct);

    // 4. CH4 PWM1模式配置
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode      = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse       = (arr+1)>>1;  // 设置输出脉冲占空比
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity  = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC4Init(TIM2, &TIM_OCInitStruct);

    // 使能TIM2
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

更改以上代码中的arr与TIM_Pulse值即可输出不同频率的脉冲。
需要说明的是：理想电路情况下，stm32引脚数字输出要么高电平要么低电平，为方波信号或一条直线。但是电路实际总存在我们不想用到的寄生、耦合电容电感，导致理想信号输出的延迟及变形。
试验是在相对粗糙的情况下进行，利用的是自制它用的现成的一块stm32平台的PCB，并未对电路高频输出做特殊处理且接线也有一定距离，结果供学习参考。



|ARR|设置频率MHz| 检出频率 MHz|峰峰值V
| 0 | - | - |
| 1 | 36 | 35.71 | 1.44
| 2 | 24 | 24.03 | 3.92
| 3 | 18 | 18.05 | 2.72
| 4 | 14.4 | 14.36 | 3.92
| 5 | 12 | 11.96 | 4.40
| 6 | 9 | 9.001 | 4.76

从以上结果看，最高可以输出36MHz脉冲信号，但波形变化及与理论偏差较大。无聊的将ARR设为0，输出为一条直线。9MHz输出的波形、频率、幅度均正常，频率偏差小，仅万分之一以内；12、14.4、18、24MHz输出频率偏差相当，千分之三以内；但自14.4MHz起波形看不出方波形状，先是峰顶变尖，接着峰谷也变尖，说明还未“充电”至高电平水平硬件已转为低电平，或还未放电至低电平硬件已翻转为高电平；因此频率增加会导致输出波形的峰峰值变小，奇怪的是24MHz输出时的峰峰值突然变大了不少，重测几次似乎一样，一下子没太想明白原因，有兴趣的朋友可以帮助分析一下。
总体而言，利用stm32输出10MHz脉冲是靠谱的，再高需谨慎。多花点精力优化电路原理及布板设计，可能达到更高的频率。
注：实际使用芯片为Geehy APM32E103VET6.