⚠️本文基于 STM32F103C8T6 + 标准库 V3.5.0，适用于江科大 STM32 入门教程体系。若你使用的是 HAL 库或新版芯片，部分函数名和配置方式会有差异，建议对照参考手册理解原理后迁移。

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一、前言

上一篇文章我们讲了 TIM 的输入捕获，用单个通道可以测一个方波的频率。但很多时候，我们不仅要测频率，还想知道这个方波的 占空比 是多少。比如测一个 PWM 信号，你只知道它 1kHz 没用啊，你还得知道它高电平占了多少百分比，对吧？

这时候就有两种思路：

• 笨办法：用两个定时器，一个通道测上升沿算周期，另一个通道测下降沿算高电平时间，然后手动除一下。

• 聪明办法（PWMI）：只用 一个定时器的两个通道，同时捕获 同一个引脚 的信号。通道 1 负责在上升沿捕获并清零计数器，通道 2 负责在下降沿捕获高电平时间。最后 CCR2 / CCR1 直接就是占空比！

PWMI 是 STM32 输入捕获里一个非常实用的模式。今天这篇文章，我就结合江科大的课程笔记，把 PWMI 的原理、所有相关库函数、以及完整代码实战给大家讲清楚。

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二、PWMI 基本原理：两个通道"盯"同一个引脚

2.1 核心思想

PWMI 模式本质上就是 输入捕获 + 从模式（Slave Mode） 的组合技。它的工作流程可以用一句话概括：

TI1FP1 上升沿触发 CCR1 捕获 + CNT 清零，TI1FP2 下降沿触发 CCR2 捕获高电平计数值。

具体怎么走的呢？看下面这个逻辑：

1. 信号从 GPIO 进来，经过滤波器和边沿检测。

2. TI1FP1（通道 1 的直连信号）配置为 上升沿触发，一旦发生上升沿，CCR1 就把当前 CNT 的值"拍"下来，同时通过从模式把 CNT 清零。

3. CNT 从零开始往上计数，直到信号来到 下降沿。

4. TI1FP2（通道 2 的交叉信号）配置为 下降沿触发，CCR2 把下降沿时刻的 CNT 值"拍"下来。

5. 下一次上升沿到来，CCR1 再次捕获，CNT 再次清零，循环往复。

这样：

• CCR1 = 一个完整周期的计数值（频率就靠它算）

• CCR2 = 高电平期间的计数值（占空比就靠它算）

• 占空比 = CCR2 / CCR1

💡 我的理解：你可以把 PWMI 想象成两个人用同一块秒表测跑步。第一个人（通道1）在起跑线按表并清零，第二个人（通道2）在半程按表记录，然后第一个人又在终点按表记录总时间。这样你同时知道了总时间和半程时间，一除就知道速度比例了。

2.2 为什么能"交叉"捕获？

这里有个关键点：PWMI 模式下，通道 1 和通道 2 捕获的是 同一个物理引脚 的信号，但走的是不同的内部通路。

• 通道 1 走的是 直连模式（Direct TI）：TI1 直接进 IC1。

• 通道 2 走的是 交叉模式（Indirect TI）：TI1 交叉进 IC2。

这个交叉通路是 STM32 硬件设计好的，不需要你额外接线，一根信号线接到 PA6（TIM3_CH1）上，两个通道都能"看到"这个信号。

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三、输入捕获七步法（PWMI 版）

不管是普通输入捕获还是 PWMI，配置流程都遵循这七个步骤，建议大家背下来：

表格

步骤	操作内容	对应代码环节
第 1 步	RCC 开启时钟（GPIO + TIM）	RCC_APB1PeriphClockCmd、RCC_APB2PeriphClockCmd
第 2 步	GPIO 初始化，配置为输入模式（上拉/浮空）	GPIO_Init
第 3 步	配置时基单元，让 CNT 跑起来	TIM_TimeBaseInit
第 4 步	配置输入捕获单元（滤波器、极性、通道、分频器）	TIM_ICInit / TIM_PWMIConfig
第 5 步	选择从模式触发源	TIM_SelectInputTrigger
第 6 步	选择从模式执行的操作	TIM_SelectSlaveMode
第 7 步	开启定时器	TIM_Cmd

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四、所有相关库函数详解

这一节我把 PWMI 会用到的 全部库函数 列出来，一个一个讲清楚参数和用法。建议收藏，写代码的时候对着看。

4.1 时基单元相关函数

① 单独写入预分频器 PSC

void TIM_PrescalerConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Prescaler, uint16_t TIM_PSCReloadMode);
// 解析：TIMx        —— 指定定时器，如 TIM3
//       Prescaler   —— 预分频值，写 72-1 表示 72 分频
//       TIM_PSCReloadMode —— 更新方式，通常用 TIM_PSCReloadMode_Update，表示在下次更新事件时生效

💡 我的理解：这个函数是"动态改分频"用的。如果你初始化后还想中途改定时器的计数频率，就用它。PWMI 初始化时一般直接用 TIM_TimeBaseInit 一步到位，这个函数了解即可。

② 选择内部时钟源

void TIM_InternalClockConfig(TIM_TypeDef* TIMx);
// 解析：TIMx —— 指定定时器，如 TIM3
// 功能：将定时器的时钟源配置为内部时钟（CK_INT），这是默认状态，但显式调用一下更规范

③ 时基单元初始化（最常用）

void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);
// 解析：TIMx                  —— 指定定时器
//       TIM_TimeBaseInitStruct —— 时基结构体指针，包含 ARR、PSC、计数模式等参数

TIM_TimeBaseInitTypeDef 结构体成员：

成员	含义	常用配置
TIM_ClockDivision	时钟分频（影响滤波器采样频率）	TIM_CKD_DIV1（不分频）
TIM_CounterMode	计数模式	TIM_CounterMode_Up（向上计数）
TIM_Period	自动重装载值 ARR	65536 - 1（最大范围，避免溢出）
TIM_Prescaler	预分频值 PSC	72 - 1（72MHz → 1MHz）
TIM_RepetitionCounter	重复计数器（高级定时器才有）	0

⚠️ 踩坑预警：ARR 和 PSC 都要 减 1！因为计数器是从 0 开始数的。写 72 - 1 表示 72 分频，写 65536 - 1 表示计数范围 0~65535。

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4.2 输入捕获配置函数

④ 输入捕获单元初始化（单通道配置）

void TIM_ICInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);
// 解析：TIMx               —— 指定定时器
//       TIM_ICInitStruct   —— 输入捕获结构体指针
// 注意：输出比较是每个通道一个函数（如 TIM_OC1Init），但输入捕获 4 个通道共用一个函数，
//       通过结构体里的 TIM_Channel 成员来区分通道

TIM_ICInitTypeDef 结构体成员：

成员	含义	常用配置
TIM_Channel	选择通道	TIM_Channel_1、TIM_Channel_2 等
TIM_ICFilter	输入滤波器	0xF（最大滤波，消除抖动）
TIM_ICPolarity	捕获极性（边沿选择）	TIM_ICPolarity_Rising（上升沿）/ Falling（下降沿）
TIM_ICPrescaler	捕获分频器	TIM_ICPSC_DIV1（每次边沿都捕获）
TIM_ICSelection	输入通道映射	TIM_ICSelection_DirectTI（直连）/ IndirectTI（交叉）

⑤ PWMI 模式快速配置（双通道同时配）

void TIM_PWMIConfig(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);
// 解析：TIMx               —— 指定定时器
//       TIM_ICInitStruct   —— 输入捕获结构体指针（只需填通道 1 的配置）
// 功能：这个函数是 PWMI 的"一键配置"函数！
//       你只需配置通道 1 的参数，它会自动把通道 2 配成"相反"的设置：
//       - 通道 1 上升沿 → 通道 2 自动下降沿
//       - 通道 1 直连   → 通道 2 自动交叉

💡 我的理解：TIM_ICInit 是"单通道手动配"，TIM_PWMIConfig 是"双通道自动配"。PWMI 模式下强烈推荐用 TIM_PWMIConfig，省得你自己去算通道 2 该配什么极性和映射关系，不容易出错。

⑥ 给输入捕获结构体赋默认值

void TIM_ICStructInit(TIM_ICInitTypeDef* TIM_ICInitStruct);
// 解析：TIM_ICInitStruct —— 输入捕获结构体指针
// 功能：把结构体所有成员填充为默认值，防止未初始化成员导致奇怪问题
// 建议：养成好习惯，定义结构体后先调用这个函数，再修改你需要的成员

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4.3 从模式配置函数

⑦ 选择输入触发源（TRGI）

void TIM_SelectInputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_InputTriggerSource);
// 解析：TIMx                   —— 指定定时器
//       TIM_InputTriggerSource —— 触发源选择
// 常用值：TIM_TS_TI1FP1（TI1 的滤波后信号，PWMI 用这个）
//         TIM_TS_TI2FP2（TI2 的滤波后信号）
//         TIM_TS_ITR0~ITR3（其他定时器级联触发）

💡 我的理解：这个函数告诉定时器："你听谁的命令？" PWMI 模式下我们让通道 1 的上升沿来当"老大"，所以选 TIM_TS_TI1FP1。

⑧ 选择输出触发源（TRGO）

void TIM_SelectOutputTrigger(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_TRGOSource);
// 解析：TIMx           —— 指定定时器
//       TIM_TRGOSource —— 输出触发源选择
// 功能：配置本定时器向其他定时器发送触发信号的方式
// 注意：PWMI 模式用不到这个函数，它是给定时器级联（主从模式）用的

💡 我的理解：这个函数是"反方向"的——⑦ 是"我听谁的"，⑧ 是"我告诉谁"。PWMI 里暂时用不到，但要知道它的存在，以后学定时器主从级联会用到。

⑨ 选择从模式执行的操作

void TIM_SelectSlaveMode(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_SlaveMode);
// 解析：TIMx          —— 指定定时器
//       TIM_SlaveMode —— 从模式选择
// 常用值：TIM_SlaveMode_Reset（触发后清零 CNT，PWMI 用这个）
//         TIM_SlaveMode_Gated（门控模式）
//         TIM_SlaveMode_Trigger（触发模式）
//         TIM_SlaveMode_External1（外部时钟模式 1）

💡 我的理解：这个函数是 PWMI 的灵魂！TIM_SlaveMode_Reset 表示：每当触发源（TI1FP1 上升沿）到来时，自动把 CNT 清零。这样 CCR1 捕获的就是完整周期，而不是从上一次清零到现在的累积值。

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4.4 单独配置通道分频器

⑩ 单独配置通道 1~4 的捕获分频器

void TIM_SetIC1Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC); // 配置通道 1
void TIM_SetIC2Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC); // 配置通道 2
void TIM_SetIC3Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC); // 配置通道 3
void TIM_SetIC4Prescaler(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ICPSC); // 配置通道 4
// 解析：TIMx      —— 指定定时器
//       TIM_ICPSC —— 捕获分频值
// 常用值：TIM_ICPSC_DIV1（每 1 个边沿捕获一次）
//         TIM_ICPSC_DIV2（每 2 个边沿捕获一次）
//         TIM_ICPSC_DIV4（每 4 个边沿捕获一次）
//         TIM_ICPSC_DIV8（每 8 个边沿捕获一次）
// 注意：这个也可以在 TIM_ICInit 结构体里配置，两者效果一样

💡 我的理解：这几个函数是"事后修改"用的。如果你初始化时已经通过 TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler 配好了，就不需要再调用它们。但如果运行中想动态改变捕获频率（比如从"每个周期都测"变成"每 8 个周期测一次"），就用这几个函数。

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4.5 读取捕获值函数

⑪ 读取四个通道的 CCR 值

uint16_t TIM_GetCapture1(TIM_TypeDef* TIMx); // 读取通道 1 的 CCR1
uint16_t TIM_GetCapture2(TIM_TypeDef* TIMx); // 读取通道 2 的 CCR2
uint16_t TIM_GetCapture3(TIM_TypeDef* TIMx); // 读取通道 3 的 CCR3
uint16_t TIM_GetCapture4(TIM_TypeDef* TIMx); // 读取通道 4 的 CCR4
// 解析：TIMx —— 指定定时器
// 返回值：当前捕获/比较寄存器的值（输入捕获模式下是只读的）
// 注意：输出比较模式下 CCR 是只写的（用 SetCompare 写），
//       输入捕获模式下 CCR 是只读的（用 GetCapture 读）

💡 我的理解：PWMI 里我们主要用 TIM_GetCapture1 读周期（CCR1）和 TIM_GetCapture2 读高电平时间（CCR2）。记住这个对应关系，别读反了！

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4.6 定时器开关

⑫ 使能/失能定时器

void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);
// 解析：TIMx      —— 指定定时器
//       NewState —— ENABLE（开启）或 DISABLE（关闭）
// 功能：定时器的总开关，所有配置完成后最后调用

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五、完整代码实战：PWMI 测频率 + 占空比

下面是完整的 PWMI 初始化代码和频率/占空比计算函数，基于 TIM3 通道 1（PA6）。我把每一行都加上了详细解析，方便大家对照理解。

5.1 PWMI 初始化函数

#include "stm32f10x.h"

/**
  * @brief  PWMI 模式初始化（TIM3_CH1，PA6）
  * @param  无
  * @retval 无
  * @note   适用 STM32F103C8T6，标准库 V3.5.0
  *         输入信号接 PA6，同时测量频率和占空比
  */
void IC_Init(void)
{
    /* ========== 第 1 步：RCC 开启时钟 ========== */
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);   // 解析：开启 TIM3 时钟，TIM3 在 APB1 总线上
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  // 解析：开启 GPIOA 时钟，PA6 需要它
    
    /* ========== 第 2 步：GPIO 初始化 ========== */
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                   // 解析：定义 GPIO 初始化结构体
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;        // 解析：配置为上拉输入模式，防止浮空导致误触发
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;            // 解析：选择 PA6 引脚，对应 TIM3_CH1
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    // 解析：输入模式下这个参数其实不影响，但习惯性写上
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);               // 解析：调用初始化函数，将配置写入 PA6
    
    /* ========== 第 3 步：配置时基单元 ========== */
    TIM_InternalClockConfig(TIM3);                         // 解析：选择 TIM3 内部时钟源（72MHz），显式调用更规范
    
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;      // 解析：定义时基初始化结构体
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;   // 解析：时钟不分频，滤波器采样频率 = 72MHz
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 解析：向上计数模式，CNT 从 0 加到 ARR
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;     // 解析：ARR = 65535，计数范围 0~65535，最大可测频率约 1MHz / 2 = 500kHz（留余量）
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;    // 解析：PSC = 71，72 分频，72MHz → 1MHz，CNT 每 1us 加 1
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;  // 解析：重复计数器，仅高级定时器有效，通用定时器写 0
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);   // 解析：将时基参数写入 TIM3 寄存器
    
    /* ========== 第 4 步：配置输入捕获单元（PWMI 一键配置） ========== */
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;                 // 解析：定义输入捕获结构体
    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;      // 解析：选择通道 1（对应 PA6 / TI1）
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;               // 解析：输入滤波器设为最大（0xF），滤除毛刺和抖动
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; // 解析：通道 1 上升沿触发捕获
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; // 解析：不分频，每个有效边沿都捕获
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; // 解析：通道 1 直连模式（TI1 → IC1）
    TIM_PWMIConfig(TIM3, &TIM_ICInitStructure);           // 解析：【PWMI 核心】自动将通道 2 配为下降沿 + 交叉模式（TI1 → IC2）
    
    /* ========== 第 5 步：选择从模式触发源 ========== */
    TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1);          // 解析：选择 TI1FP1 作为从模式触发源（即通道 1 的滤波后信号）
    
    /* ========== 第 6 步：选择从模式操作 ========== */
    TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset);       // 解析：【关键】触发后自动清零 CNT，保证 CCR1 始终是一个完整周期的计数值
    
    /* ========== 第 7 步：开启定时器 ========== */
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                                // 解析：启动 TIM3，开始捕获
}

5.2 频率和占空比计算函数

/**
  * @brief  获取输入信号的频率
  * @param  无
  * @retval 频率值，单位 Hz
  * @note   公式：Freq = 1MHz / (CCR1 + 1)
  *         +1 是为了修正计数器从 0 开始导致的 1 个计数误差
  */
uint32_t IC_GetFreq(void)
{
    // 解析：计数器时钟频率 = 72MHz / 72 = 1MHz，即每个计数 = 1us
    //       CCR1 记录的是一个周期的计数个数，所以周期 = (CCR1 + 1) us
    //       频率 = 1MHz / (CCR1 + 1) = 1000000 / (CCR1 + 1) Hz
    return 1000000 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);
}

/**
  * @brief  获取输入信号的占空比
  * @param  无
  * @retval 占空比值，单位 %（0~100）
  * @note   公式：Duty = (CCR2 + 1) * 100 / (CCR1 + 1)
  *         CCR2 是高电平期间计数值，CCR1 是周期计数值
  */
uint32_t IC_GetDuty(void)
{
    // 解析：CCR2 在下降沿捕获，记录的是高电平期间的 CNT 值
    //       占空比 = 高电平时间 / 周期 = CCR2 / CCR1
    //       乘以 100 转为百分比，+1 修正计数误差
    return (TIM_GetCapture2(TIM3) + 1) * 100 / (TIM_GetCapture1(TIM3) + 1);
}

5.3 主函数调用示例

#include "stm32f10x.h"
#include "OLED.h"

int main(void)
{
    OLED_Init();    // 解析：初始化 OLED，用于显示结果
    IC_Init();      // 解析：初始化 PWMI 模式
    
    while (1)
    {
        // 解析：在 OLED 上显示频率和占空比，实际项目中这里可以改成串口打印
        OLED_ShowString(1, 1, "Freq:00000Hz");
        OLED_ShowNum(1, 6, IC_GetFreq(), 5);
        
        OLED_ShowString(2, 1, "Duty:000%");
        OLED_ShowNum(2, 6, IC_GetDuty(), 3);
        
        Delay_ms(100);  // 解析：每 100ms 刷新一次显示
    }
}

更详细的工程代码可看：STM32_Project: 基于江科大的STM32的教程编写的程序

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六、我的理解

刚开始学 PWMI 的时候，我一直有个疑惑：为什么通道 2 能"看到"通道 1 的信号？后来看了江科大的视频才明白，这是 STM32 内部硬件的 交叉映射 设计。TI1 信号不仅可以直接连到 IC1，还可以通过内部通路交叉连到 IC2，而且 TIM_PWMIConfig 这个函数会自动帮你把通道 2 配成"相反"的极性，真的是非常贴心。

还有一个让我豁然开朗的点：从模式的 Reset 操作。之前学普通输入捕获的时候，CCR 捕获的是累积值，需要用两次捕获值相减才能得到周期。但 PWMI 模式下，每次上升沿都自动清零 CNT，所以 CCR1 直接就是一个周期的值，不需要做减法，代码简洁了很多！

关于公式里的 +1，我一开始也不理解为什么要加。后来自己画了个时序图：假设信号周期正好是 1us，CNT 从 0 数到 0 就捕获了，CCR1 = 0，如果不加 1，算出来频率就是无穷大，显然不对。加 1 是为了修正"从 0 开始计数"带来的误差，这个细节江科大在视频里讲过，但我第一次听的时候没注意，写代码时踩了坑。

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七、踩坑记录

踩坑点	现象	原因	解决方法
1. GPIO 模式选错	捕获值乱跳，频率显示不稳定	用了浮空输入，引脚容易受干扰	改成 上拉输入（IPU） 或 下拉输入（IPD），根据实际信号电平选择
2. ARR 设得太小	测低频信号时 CNT 溢出，频率值异常	信号周期超过 ARR 对应的计数范围	ARR 设为 65536 - 1（最大），PSC 根据待测频率范围调整。测低频用大 PSC，测高频用小 PSC
3. 公式忘记 +1	测 1kHz 信号显示 1010Hz 左右，有偏差	CNT 从 0 开始计数，实际计数个数 = CCR + 1	频率公式和占空比公式都要 +1
4. 从模式触发源选错	CCR1 值越来越大，不清零	触发源选成了 TIM_TS_TI2FP2 或其他	PWMI 必须选 TIM_TS_TI1FP1，和通道 1 对应
5. 信号源共地问题	OLED 显示 0Hz，完全测不到	信号发生器/舵机信号和 STM32 没共地	确保信号源 GND 和 STM32 GND 连接在一起！

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八、总结表格

项目	说明
PWMI 本质	输入捕获 + 从模式 Reset，用两个通道同时捕获同一引脚
通道 1 职责	上升沿捕获，触发 CNT 清零，CCR1 = 周期计数值
通道 2 职责	下降沿捕获（交叉映射），CCR2 = 高电平计数值
占空比公式	Duty = (CCR2 + 1) * 100 / (CCR1 + 1)
频率公式	Freq = 1MHz / (CCR1 + 1)（PSC = 72-1 时）
核心函数	TIM_PWMIConfig、TIM_SelectInputTrigger、TIM_SelectSlaveMode
关键配置	触发源 = TI1FP1，从模式 = Reset，GPIO = IPU
适用边界	标准库 V3.5.0 + STM32F103C8T6；待测信号频率建议 1Hz ~ 500kHz
注意事项	必须共地！ARR 尽量设大！公式记得 +1！

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九、结语

写这篇文章的时候，我把江科大的视频又回顾了一遍，重新梳理了 PWMI 的时序和每个函数的作用。PWMI 模式真的是 STM32 定时器里一个非常巧妙的设计，用一根线就能同时搞定频率和占空比，比用两个定时器分别测要优雅太多了。

希望这篇文章能帮你理清 PWMI 的思路。如果你在配置过程中遇到了其他问题，欢迎在评论区交流，我们一起踩坑、一起进步！

📌 开发环境：Keil5 + STM32F103C8T6最小系统板 + ST-Link
📌 参考资料：江科大STM32入门教程、《STM32F10xxx参考手册》
📌 前置文章：STM32定时器超详解：从时钟树到影子寄存器，一文吃透定时中断

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