STM32 14 PWM1测频率占空比(测周法)-开发者社区

一、学习背景和目标

1.1 学习背景

在嵌入式系统开发中，测量外部信号的频率和占空比是一项非常常见的需求。无论是电机转速检测、遥控器信号解码，还是传感器数据采集，都离不开对脉冲信号的精确测量。传统的测量方法往往需要额外的硬件计数器或复杂的逻辑分析仪，不仅成本高，而且使用不便。

STM32 系列单片机内置了功能强大的定时器（Timer）模块，配合输入捕获（Input Capture）功能，可以轻松实现对 PWM 信号频率和占空比的精确测量。本实验基于 STM32F103 微控制器，利用 TIM2 产生 PWM 信号，再通过 TIM3 的输入捕获功能对信号进行测量，最终在 OLED 屏幕上实时显示测量结果。

1.2 学习目标

通过本实验，你将掌握以下核心知识与技能：

理解 PWM 信号的基本原理：掌握频率、占空比的概念及其计算方法。
掌握 STM32 定时器的基本配置：学会使用标准外设库配置定时器的时基单元。
掌握 PWM 输出模式：学会使用 TIM2 的 PWM 模式生成可调频率、可调占空比的方波信号。
掌握输入捕获功能：学会使用 TIM3 的输入捕获模式测量外部信号的频率和占空比。
掌握 OLED 显示技术：学会在 OLED 屏幕上实时显示测量数据。
培养系统调试能力：通过实际测量验证理论计算，提升嵌入式开发的综合实践能力。

二、接线图

三、代码块
main.h

#include"stm32f10x.h"// Device header#include"delay.h"#include"OLED.h"#include"pwm.h"#include"IC.h"intmain(){OLED_Init();pwm_init();IC_init();pwm_setpsc(7200-1);//ÆµÂÊ=72M/(PSC+1)(ARR+1)pwm_setcompare(70);OLED_ShowString(1,1,"Freq:");OLED_ShowString(1,12," HZ");OLED_ShowString(2,1,"Duty:");OLED_ShowString(2,12," %");while(1){OLED_ShowNum(1,6,get_fre(),6);//×îµÍ´ó¸ÅÊÇ15,×î´ó1000000;OLED_ShowNum(2,6,get_duty(),6);}}

pwm.c

#include"stm32f10x.h"// Device headervoidpwm_init(void){RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);TIM_InternalClockConfig(TIM2);TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=100-1;//ARRTIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=720-1;//PSCTIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter=0;TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=50;//CCRTIM_OC1Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);}voidpwm_setcompare(uint16_tnum){TIM_SetCompare1(TIM2,num);}voidpwm_setpsc(uint16_tpsc){TIM_PrescalerConfig(TIM2,psc,TIM_PSCReloadMode_Immediate);}

IC.c
#include “stm32f10x.h” // Device header

void IC_init(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); TIM_InternalClockConfig(TIM3); TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1; //ARR TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; //PSC TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure); TIM_ICInitTypeDef TIM_struct; TIM_struct.TIM_Channel=TIM_Channel_1; TIM_struct.TIM_ICFilter=0xF; TIM_struct.TIM_ICPolarity=TIM_ICPolarity_Rising; TIM_struct.TIM_ICPrescaler=TIM_ICPSC_DIV1; TIM_struct.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_DirectTI; TIM_PWMIConfig(TIM3,&TIM_struct); //µÈÐ§ÓÚ£ºTIM_struct.TIM_Channel=TIM_Channel_2; //TIM_struct.TIM_ICFilter=0xF; //TIM_struct.TIM_ICPolarity=TIM_ICPolarity_Falling; //TIM_struct.TIM_ICPrescaler=TIM_ICPSC_DIV1; //TIM_struct.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_IndirectTI; //TIM_ICInit(TIM3,&TIM_struct); TIM_SelectInputTrigger(TIM3,TIM_TS_TI1FP1); TIM_SelectSlaveMode(TIM3,TIM_SlaveMode_Reset); TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);

}

uint32_t get_fre(void)
{
return 1000000/(TIM_GetCapture1(TIM3)+1);
}

uint32_t get_duty(void)
{
return (TIM_GetCapture2(TIM3)+1)*100/(TIM_GetCapture1(TIM3)+1);
}

四、知识点详解

4.1 PWM 信号产生原理

本实验使用 TIM2 的 PWM 输出模式产生被测信号。PWM 波形的核心参数有两个：

频率（Frequency）：由定时器的时钟源、预分频器（PSC）和自动重装载值（ARR）共同决定，计算公式为频率 = 72MHz / ((PSC+1) × (ARR+1))。
占空比（Duty Cycle）：由比较寄存器（CCR）与自动重装载值（ARR）的比值决定，计算公式为占空比 = CCR / (ARR+1) × 100%。

在pwm_init()中，TIM_Period = 100 - 1设置 ARR 为 99，TIM_Prescaler = 720 - 1设置 PSC 为 719，因此默认输出频率为72MHz / (720 × 100) = 1000Hz，默认占空比为50 / 100 = 50%。pwm_setpsc()和pwm_setcompare()分别用于动态调整频率和占空比。

4.2 输入捕获测量原理

本实验使用 TIM3 的输入捕获功能测量外部信号的频率和占空比，核心思路如下：

频率测量：利用定时器的从模式复位功能，在每次捕获到上升沿时，计数器自动清零并重新计数。因此，TIM_GetCapture1(TIM3)返回的即为一个完整周期的计数值，频率计算公式为频率 = 72MHz / (PSC+1) / (捕获值+1)。本实验中 PSC 设置为 71，故get_fre()返回1000000 / (捕获值+1)。
占空比测量：通过TIM_PWMIConfig()配置 PWM 输入模式，通道 1 捕获上升沿（记录周期），通道 2 自动捕获下降沿（记录高电平时间）。占空比计算公式为占空比 = 高电平时间 / 周期 × 100%，即get_duty()中的(TIM_GetCapture2(TIM3)+1) × 100 / (TIM_GetCapture1(TIM3)+1)。

4.3 定时器从模式复位

TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1)将 TI1 的上升沿作为触发源，TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_Reset)使计数器在触发时自动复位。这一机制保证了每次捕获到的计数值都对应一个完整的信号周期，无需软件干预即可连续测量。