1. 从舵机控制说起：为什么需要PWM和重映射？

大家好，我是老李，一个在嵌入式领域摸爬滚打了十多年的工程师。今天想和大家聊聊STM32F103C8T6这个“小钢炮”上的两个核心技巧：定时器PWM输出和GPIO重映射。咱们不从枯燥的理论开始，先从一个非常实际的项目——舵机控制——来切入。

相信很多朋友都玩过舵机，比如常见的SG90。它有三根线：电源、地线和信号线。控制舵机转动的秘密，就藏在信号线上的PWM波里。PWM，中文叫脉冲宽度调制，你可以把它想象成一个不断开关的电子水龙头。开关的频率是固定的，但每次“开”的时间长短可以变化。舵机内部有个小电路，它通过检测这个“开”的时间（也就是高电平的宽度）来对应到不同的角度。通常，一个周期为20毫秒（也就是50Hz）的PWM波，其高电平宽度在0.5毫秒到2.5毫秒之间变化时，舵机就能在0度到180度之间转动。

那么问题来了，STM32F103C8T6怎么产生这个PWM波呢？答案就是用它的定时器。这颗芯片有好几个定时器，像TIM1、TIM2、TIM3、TIM4等，大部分都能产生PWM。但另一个问题随之而来：芯片的引脚是有限的，而且每个定时器的PWM输出通道，在出厂时已经被“默认”分配到了某些特定的引脚上。比如，TIM3通道2的默认输出引脚是PA7。可如果你的电路板上，PA7这个引脚已经被用来接屏幕或者传感器了，而舵机信号线恰好接到了PB5上，这该怎么办？难道要为了一个PWM功能去重新画板子吗？

当然不用！这就是GPIO重映射大显身手的时候了。重映射，顾名思义，就是“重新安排映射关系”。它允许我们把定时器PWM输出这个“功能”，从它默认的“家”（比如PA7），搬到另一个我们指定的“新家”（比如PB5）去。这样一来，硬件布线的灵活性就大大增加了。你可以根据电路板的实际布局，把信号“路由”到最方便、干扰最小的引脚上，而不用被芯片的默认设计束缚住手脚。所以，学会PWM和重映射的结合，是玩转STM32，进行硬件资源优化和信号控制的一项核心技巧。接下来，我就手把手带你走通这个全流程。

2. 庖丁解牛：深入理解GPIO重映射

在动手写代码之前，咱们得先把重映射这个事儿彻底搞明白。很多新手容易把它和“引脚复用”搞混，这里我帮你捋清楚。

2.1 重映射 vs. 引脚复用：不是一回事！

先说引脚复用。STM32的每个GPIO引脚都不是“单功能”的，它们像瑞士军刀一样，身兼数职。一个引脚可以是普通的数字输入输出（GPIO），也可以是串口TX、SPI时钟、I2C数据线，当然也可以是定时器的PWM输出。当你把这个引脚配置成这些特殊功能时，就叫作“复用”。比如，你把PA9配置成USART1_TX，这就是引脚复用。在代码里，你会把GPIO的模式设置为 GPIO_Mode_AF_PP（复用推挽输出）或 GPIO_Mode_AF_OD（复用开漏输出）。

那重映射又是什么呢？你可以把它理解为“高级的、可选的复用”。芯片设计时，一个外设（比如TIM3）的某个功能（比如通道2输出）已经有一个默认的复用引脚了（PA7）。但设计者很贴心，他们预见到我们布线时可能会遇到困难，所以额外提供了另一套甚至几套备用的引脚连接方案。通过配置特定的寄存器，我们就可以把TIM3通道2的输出功能，“切换”到另一组备用的引脚（比如PB5）上去。这个“切换”的过程，就是重映射。

所以简单记：复用是让引脚拥有第二职业；重映射是在几个备用的第二职业工作地点之间做选择。

2.2 部分重映射与完全重映射：按需选择

重映射还分两种类型：部分重映射和完全重映射。这个“部分”和“完全”，是针对一个外设的所有相关引脚而言的。

以我们常用的USART3为例，它的默认引脚是PB10（TX）、PB11（RX）、PB12（CK）、PB13（CTS）、PB14（RTS）。如果你只需要把TX和RX换到别处，而其他引脚（CK、CTS、RTS）仍然留在原来的PB12~PB14上，那么你就可以使用部分重映射。部分重映射后，TX和RX会移动到PC10和PC11，其他引脚不动。

如果你觉得PB10~PB14这整组引脚我全都要挪走，给其他更重要的功能腾地方，那就可以使用完全重映射。完全重映射后，USART3的所有五个引脚会整体搬迁到PD8~PD12。

这里有个非常重要的点，也是我早期踩过的坑：部分重映射和完全重映射的目标引脚是芯片硬件固定死的，不是你想映射到哪个引脚就能映射到哪个引脚！ 你只能查阅芯片的参考手册（Datasheet）或编程手册，在它提供的几套“套餐”里选择。比如TIM3，它的重映射选项是固定的，你不能自己发明一个把通道2映射到PC13的方案。这一点一定要牢记，所有重映射的对应关系，都需要查表确认。

2.3 重映射的“总开关”：AFIO时钟

想要操作重映射功能，有一个关键的“总开关”必须先打开，那就是AFIO时钟。AFIO是“Alternate Function I/O”的缩写，可以理解为管理这些复用和重映射功能的“后勤部门”。

在STM32的标准外设库中，开启AFIO时钟的语句是：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

这条命令必须在任何重映射配置操作之前执行！ 否则，你后续调用重映射函数是不会生效的。我见过不少朋友代码逻辑都对，但PWM就是出不来，最后发现就是忘了开AFIO时钟。所以，请把它当成一个固定动作，只要用到重映射，就先写上这行代码。

3. 定时器PWM生成的核心原理

搞清楚了重映射，我们再来看看PWM是怎么从定时器里“流”出来的。理解了原理，配置代码时就不会懵。

3.1 定时器如何“雕刻”出PWM波？

你可以把一个定时器想象成一个在跑圈的数字运动员。它核心的部件是：

1. 计数器（CNT）：这个运动员当前所在的圈数位置。
2. 自动重装载寄存器（ARR）：跑道的总长度。当运动员（CNT）跑完一圈（达到ARR值），他就会瞬间回到起点，开始下一圈。这个“一圈”的时间，就决定了PWM波的周期（或频率）。
3. 捕获/比较寄存器（CCRx）：在跑道上设置的一个“标记线”。我们用它来和运动员的位置（CNT）做比较。

PWM输出模式，就是基于这个比较结果来工作的。以向上计数和PWM模式1为例：

• 当运动员还没跑到标记线（CNT < CCRx）时，对应的输出通道（比如TIMx_CH2）就输出一种电平（比如低电平）。
• 当运动员跑到或跑过标记线（CNT >= CCRx）时，输出通道就翻转成另一种电平（比如高电平）。

这样，在一个周期内，输出高电平的时间长度，就由CCRx的值决定了。ARR决定了周期，CCRx决定了高电平的宽度，占空比就是 (CCRx / ARR)。通过修改CCRx的值，我们就能像捏橡皮泥一样，改变PWM波的形状，从而控制舵机的角度或者LED的亮度。

3.2 PWM模式1与模式2：谁有效谁无效？

在库函数配置时，你会遇到 TIM_OCMode_PWM1 和 TIM_OCMode_PWM2 两个选项。它们区别在于对“有效电平”的定义不同。

• PWM模式1：在向上计数时，CNT < CCRx为有效电平。这个“有效电平”具体是高是低，由另一个极性参数 TIM_OCPolarity 决定。如果你设置极性为高（TIM_OCPolarity_High），那么有效电平就是高电平，此时占空比就是高电平时间占比。
• PWM模式2：逻辑正好相反，在向上计数时，CNT < CCRx为无效电平。

怎么选呢？这通常取决于你的外部电路。比如，很多共阳极的LED，是低电平点亮。那么你可能就需要配置为PWM模式1，但极性设为低（TIM_OCPolarity_Low），这样“有效电平”是低电平，才能控制LED。对于舵机，它只关心高电平脉冲的宽度，所以通常用PWM模式1+高极性即可。关键是理解“有效电平”这个概念，然后根据硬件需求来搭配模式和极性。

3.3 预装载寄存器：让变化更丝滑

在调整PWM参数时，比如你想改变舵机角度，就需要动态修改CCRx的值。这里有一个细节：你是希望这个新值立即生效，还是等当前这个PWM周期结束后再生效？

STM32提供了一个“预装载寄存器”功能。如果使能了预装载（调用 TIM_OCxPreloadConfig(TIM3, ENABLE)），那么你写入CCRx的值会先放在一个“缓冲区”里，等到当前周期结束，下一个周期开始时，才会被真正加载到工作寄存器中生效。这样做的好处是，可以避免在一个PWM周期中间突然改变占空比，导致产生一个被“切碎”的不完整脉冲，让输出信号更平滑。对于舵机控制，使能预装载是个好习惯。

4. 实战演练：配置TIM3 PWM输出并重映射至PB5

理论说了一箩筐，现在咱们真刀真枪地干。我们的目标是：使用STM32F103C8T6的TIM3通道2，产生一个50Hz的PWM波，并通过重映射功能，将其输出到PB5引脚，用以控制一个SG90舵机。

4.1 第一步：查表确认重映射可行性

动手写代码前，先翻手册（或者凭经验）。对于STM32F103系列，TIM3通道2（TIM3_CH2）的默认引脚是PA7。它的重映射情况是：可以部分重映射到PB5。注意，是部分重映射，对应的宏定义是 GPIO_PartialRemap_TIM3。完全重映射是另一组引脚，我们这里用不到。确认这一点，我们的硬件连接就可以放心地把舵机信号线接到PB5了。

4.2 第二步：编写PWM初始化函数

我们来创建一个 pwm.c 和 pwm.h 文件。下面是 pwm.c 中初始化函数的详细代码和解读，我会把踩过的坑和注意事项都写在注释里。

#include "stm32f10x.h"
#include "pwm.h"

void TIM3_PWM_Init(u16 arr, u16 psc)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

    /* 1. 开启所有相关的时钟 -- 这一步绝对不能漏！ */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // PB5属于GPIOB，开B口时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); // TIM3挂载在APB1总线上
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); // 重映射必备，AFIO时钟！

    /* 2. 配置GPIO引脚为复用推挽输出 -- 配置的是重映射后的新引脚PB5 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; // PB5
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出，这是PWM输出的标准模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 速度选50M，输出波形边沿更陡峭
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    /* 3. 执行重映射操作 -- 将TIM3_CH2从PA7切换到PB5 */
    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE);
    // 注意：这个函数调用必须在GPIO初始化之后吗？其实先后顺序要求不严，但必须在所有相关时钟开启之后。

    /* 4. 配置定时器时基 -- 决定PWM的频率 */
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; // 自动重装载值ARR，决定周期
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc; // 预分频系数PSC，对定时器时钟进行分频
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // 时钟分割，通常不分
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

    /* 5. 配置PWM输出模式 -- 决定PWM的占空比和极性 */
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // 选择PWM模式1
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; // 使能输出
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; // 输出极性高：有效电平为高
    // TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; // 初始比较值CCR，也可以在后面用TIM_SetCompare2设置
    TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); // 注意是OC2，对应通道2

    /* 6. 使能预装载和自动重装载预装载 */
    TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); // 使能通道2的CCR预装载
    TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE); // 使能ARR预装载，周期变化也更平滑

    /* 7. 启动定时器 */
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

4.3 第三步：计算并设置PWM频率为50Hz

上面的初始化函数需要两个参数 arr 和 psc。我们需要计算它们，以得到舵机需要的50Hz PWM波。

STM32F103C8T6默认的内部高速时钟（HSI）是8MHz，但通常我们使用外部8MHz晶振，并经过PLL倍频到72MHz作为系统时钟（SYSCLK）。APB1总线上的定时器时钟（TIMxCLK）最大为72MHz。这里我们假设系统时钟为72MHz，且APB1预分频器为2（即APB1时钟为36MHz），但定时器时钟会倍频回72MHz（这是STM32的机制）。

所以，定时器时钟频率 = 72MHz = 72,000,000 Hz。

PWM频率的计算公式为：PWM频率 = 定时器时钟频率 / ((arr + 1) * (psc + 1))

我们需要50Hz，即周期为20ms。代入公式： 50 = 72,000,000 / ((arr+1)*(psc+1))

为了计算方便，我们通常先设定一个预分频系数 psc。如果不想分频太多，设 psc = 7199，这样 psc+1 = 7200，定时器时钟被7200分频后，计数频率变为 72,000,000 / 7200 = 10,000 Hz。

那么，arr+1 = 10,000 Hz / 50 Hz = 200，所以 arr = 199。

这样，arr=199, psc=7199 的组合，就能得到精确的50Hz。在 main.c 中，我们这样调用：

TIM3_PWM_Init(199, 7199); // 初始化产生50Hz的PWM波

4.4 第四步：动态控制舵机角度

初始化完成后，PWM波就已经在PB5引脚上输出了，只不过此时的占空比还是初始值（如果没设置，可能是0）。我们需要动态改变CCR2的值来控制舵机。

对于SG90舵机，0.5ms高电平对应0度，2.5ms高电平对应180度。我们的PWM周期是20ms（50Hz）。

• 0度对应的CCR2值 = (0.5ms / 20ms) * (arr+1) = 0.025 * 200 = 5
• 180度对应的CCR2值 = (2.5ms / 20ms) * (arr+1) = 0.125 * 200 = 25

所以，CCR2的值在5到25之间变化，就能让舵机从0度转到180度。在 main.c 的循环中，你可以这样控制：

#include "stm32f10x.h"
#include "pwm.h"
#include "delay.h" // 需要一个简单的延时函数

int main(void)
{
    Delay_Init(); // 延时初始化
    TIM3_PWM_Init(199, 7199); // 初始化PWM

    while(1)
    {
        // 让舵机缓慢从0度转到180度
        for(int i=5; i<=25; i++)
        {
            TIM_SetCompare2(TIM3, i); // 动态修改CCR2的值
            Delay_ms(100); // 延时100ms，让舵机有足够时间转动到位
        }
        // 再从180度转回0度
        for(int i=25; i>=5; i--)
        {
            TIM_SetCompare2(TIM3, i);
            Delay_ms(100);
        }
    }
}

5. 调试技巧与常见问题排查

代码写完了，下载到板子上，舵机没反应？别着急，这是学习过程中最常遇到的情况。我来分享几个实用的调试方法和常见坑点。

1. 确认硬件连接 这听起来像废话，但却是最高频的错误来源。务必确认：

• 舵机红线接3.3V或5V（根据你的板子供电能力），黑线接GND，黄线（信号线）接PB5。
• 使用万用表测量一下PB5和GND之间是否有电压？或者用示波器直接看波形是最直接的。

2. 检查时钟配置 这是软件层面最容易出错的地方。请按顺序核对：

• 你的系统时钟真的配置成72MHz了吗？如果用的是默认的HSI（8MHz），那么计算 arr 和 psc 的参数就要全部推倒重来。我建议在工程中明确调用 SystemInit() 函数，并检查 SystemCoreClock 变量的值。
• AFIO时钟开了吗？RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); 这行代码有没有被漏掉或放在重映射函数之后？
• GPIOB和TIM3的时钟都开启了吗？

3. 验证GPIO配置模式 输出PWM必须将GPIO模式设置为 GPIO_Mode_AF_PP（复用推挽输出）。如果你误设为 GPIO_Mode_Out_PP（普通推挽输出），定时器是无法控制这个引脚的，自然没有PWM输出。

4. 排查引脚冲突：JTAG/SWD的干扰 这是一个经典的“坑”！STM32F103C8T6的PB3、PB4、PA15等引脚默认是JTAG调试接口的功能。如果你不小心把PWM重映射到了这些引脚，或者这些引脚被JTAG占用，就会产生冲突。

• 如果你只用SWD模式下载和调试（通常只需要PA13和PA14），可以禁用JTAG，释放PB3、PB4、PA15。在初始化开始处加入：

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
  GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE); // 禁用JTAG，保留SWD
  

• 确保你的重映射目标引脚（如PB5）不是这些特殊功能引脚。

5. 使用软件调试工具

• 库函数状态检查：单步调试，观察每个配置函数（如 GPIO_Init, TIM_TimeBaseInit）的返回值或执行流程。
• 寄存器查看：在调试器中，直接查看TIM3的寄存器组。重点看：
  • TIM3->CR1：确保计数器使能位（CEN）为1。
  • TIM3->CCER：确保对应通道（通道2是CC2E位）的捕获/比较使能位为1。
  • TIM3->CCR2：看看你设置的比较值是否成功写入。
• 逻辑分析仪或示波器：这是终极武器。接到PB5上，看是否有波形。如果没有，检查以上步骤；如果有波形但频率不对，检查 arr 和 psc 的计算；如果占空比不对，检查CCR2的设置。

6. 关于重映射函数的顺序 网上有些资料会争论 GPIO_PinRemapConfig 和 GPIO_Init 谁先谁后。根据我的经验，只要在开启对应时钟之后，在启动定时器之前调用，顺序影响不大。但一个清晰的好习惯是：先配置GPIO为复用模式，再执行重映射，这样逻辑上更顺。

6. 举一反三：拓展到其他定时器与场景

掌握了TIM3通道2的重映射，其他定时器和通道就是触类旁通的事情了。这里给你一些拓展思路和更复杂的场景。

1. 多路PWM输出 STM32F103C8T6的TIM3有4个独立通道（CH1-CH4）。你可以用同样的方法，初始化多个通道，并分别重映射到不同的引脚，实现同时控制多个舵机或者多个LED灯。例如，TIM3_CH1默认PA6，可以重映射到PB4；TIM3_CH3默认PB0，可以重映射到PC8（完全重映射时）。这样，一个定时器就能输出4路独立的PWM，资源利用率很高。

2. 使用高级定时器TIM1 TIM1是高级定时器，功能更强大，可以输出带死区互补的PWM，常用于电机驱动。它的重映射配置方式类似，但需要额外注意刹车、死区等高级功能的配置。例如，TIM1_CH1默认PA8，可以重映射到PE9。

3. 动态调整PWM频率 上面的例子中，PWM频率是固定的50Hz。但在一些场景，比如控制无刷电机，需要动态改变PWM频率。这时，你可以在程序运行中，通过修改ARR寄存器的值来实时调整频率。记得，如果使能了ARR预装载，新值会在下一个周期生效，避免产生毛刺。调用 TIM_SetAutoreload(TIM3, new_arr) 函数即可。

4. 结合ADC实现闭环控制 一个更高级的应用是：用PWM驱动一个电机，同时用ADC采集电机转速反馈（比如通过编码器或霍尔传感器），然后根据反馈值动态调整PWM的占空比（CCRx），形成一个简单的闭环速度控制系统。这就是很多智能小车和平衡车的基本原理。STM32的定时器甚至可以直接连接编码器接口，硬件自动计数，非常方便。

5. 注意定时器的时钟源 本文例子使用的是内部时钟（CK_INT）。定时器还可以选择外部时钟、其他定时器的输出等作为时钟源。在复杂的同步系统中，这会非常有用。例如，你可以让TIM2作为主模式，输出触发信号给TIM3作为从模式，让两个定时器精确同步启动。

最后，我想说，STM32的定时器和重映射功能就像一套强大的乐高积木。刚开始照着说明书（例程）拼，可能会遇到零件找不到（引脚冲突）或者拼不紧（配置错误）的情况。但一旦你理解了每一块积木的形状和作用（原理），就能自由地搭建出各种有趣的作品（项目）。多动手，多调试，遇到问题耐心查阅手册和寄存器，这些经验积累下来，你就会发现自己已经从一个“调参侠”成长为真正的“硬件魔法师”了。