STM32 HAL库入门教程（四）：定时器与 PWM 输出（呼吸灯实战）

前面三篇教程里，我们手头的小灯泡只有两种极端的宿命：要么完全亮，要么完全灭。

那如果我想让小灯泡变得像有生命一样，温柔地“一呼一吸”呢？ 肯定有聪明的小伙伴会说：“我知道！给它输入一个一半的电压，比如 1.65V，不就半亮了吗？” 想法很棒，但是我们使用的 STM32F103C8T6 引脚只有 0 和 1（0V 和 3.3V），它根本输出不了中间的电压呀喵~

那怎么办呢？这就轮到今天的新魔法登场啦——定时器与 PWM 输出！(｡･ω･｡)ﾉ♡

1. 什么是 PWM？ ​

听名字又是缩写，别怕别怕，我们用人话来解释： 既然灯泡只有全亮和全灭，那我们只要用“单身二十年的手速”，在一秒钟里把灯疯狂开关上千次！

比如在 1ms 的时间里：

• 让它亮 0.1ms，灭 0.9ms，我们的眼睛由于“视觉暂留”就会觉得它很暗；
• 让它亮 0.9ms，灭 0.1ms，我们的眼睛就会觉得它很亮！

这种利用“通电时间的长短”来控制有效功率的技术，就叫做 PWM 啦喵~

这里有两个最核心的概念： 看图：

1. “周期 / 频率”：开关一次总共花多长时间。比如一秒钟重复 1000 次，频率就是 1000Hz（1kHz），太慢了眼睛会看到在闪烁，太快了硬件吃不消。
2. “占空比”：在一个周期里，“高电平亮灯的时间”占整个周期的百分比（0% 就是完全熄灭，100% 就是完全点亮，50% 就是半亮）。

2. 定时器参数与计算公式 ​

那我们怎么用 STM32 的定时器来生成精准的 PWM 呢？ 单片机的主频是 72MHz。 定时器里有两个关键小齿轮：

• “PSC（预分频器）”：把飞快的心跳减速，相当于分频；
• “ARR（自动重装载值）”：计数器数到多少算一个周期，相当于时钟走一圈的刻度。

计算公式超级简单：

$$\text{PWM 频率} = \frac{72\text{MHz}}{(\text{PSC} + 1) \times (\text{ARR} + 1)}$$

我们来凑一个最舒服的整数组合：

• 把 PSC 设成 71（变成 $72\text{MHz} / 72 = 1\text{MHz}$，也就是 1 微秒数一下）；
• 把 ARR 设成 999（从 0 数到 999 刚好数了 1000 下，也就是 1000 微秒 = 1ms）。

这样算出来 PWM 频率正好是 1kHz，而且一个周期刚好被切成了 1000 份！ 占空比调节范围就是 0 到 1000，比如写 500 就是正好 50% 占空比，简直太治愈了喵~ (=´ω`=)

💡 哎等等，板载的那个 PC13 呢？ 很遗憾，PC13 是个没有硬件定时器连通的残疾引脚，根本输出不了硬件 PWM！ 所以这次我们要拿一个散装小 LED（或者接个面包板），正极插在 PA0 上，负极接地 GND（还记得第一期说的长脚正短脚负喵~）。

3. CubeMX 工程配置 ​

打开我们熟悉的 CubeMX，选择我们的 STM32F103C8T6，老规矩配好时钟和调试口。

在左侧找到 Timers -> 点击 TIM2：

• 把 Clock Source 选为 Internal Clock；
• 把 Channel 1 选为 PWM Generation CH1（你会发现右边芯片的 PA0 自动变绿啦！）。

在下面的参数配置里：

• Prescaler 填 71；
• Counter Period 填 999；
• 再往下拉展开 PWM Generation Channel 1：
  • Mode 选 PWM mode 1；
  • Pulse 填 0（默认占空比为 0，先不亮）。

配置好工程，点击生成代码，打开 Keil 工程！

4. 编写代码让它呼吸起来！ ​

写代码环节到啦！ 首先，在 main.c 的 while 循环前面，必须先启动定时器的 PWM 功能：

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
/* USER CODE END 2 */

那怎么在运行中修改占空比呢？HAL 库提供了一个超方便的宏定义：

__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, pwm_value);

只要改变 pwm_value（范围 0 ~ 1000），亮度就会跟着变啦！

现在我们让它一呼一吸起来，在 while(1) 里写上：

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

    /* USER CODE BEGIN 3 */
    // 逐渐变亮（吸气~）
    for (int i = 0; i <= 1000; i += 10)
    {
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, i);
        HAL_Delay(15);
    }
    // 逐渐变暗（呼气~）
    for (int i = 1000; i >= 0; i -= 10)
    {
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, i);
        HAL_Delay(15);
    }
}
/* USER CODE END 3 */

下载、烧录，看一眼面包板上的小灯泡！ 是不是像睡着的小猫咪一样，极其丝滑温和地一呼一吸啦？(=^･ω･^=)

学会了 PWM 以后不光能做呼吸灯，还能拿去控制舵机转角度、电机调转速，玩法多得很呢！

完结撒花！(=^･ω･^=) ​

快去享受你的第一个呼吸灯吧喵~