STM32硬件PWM原理与工程实践：从定时器配置到电机调速

1. PWM 基础原理与工程本质

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）不是一种抽象的信号概念，而是一种在嵌入式系统中被高度工程化、广泛验证并深度集成于硬件外设中的控制范式。其核心价值在于：以确定性的数字开关行为，在感性或容性负载上合成出等效的模拟电压/电流效果。这一能力直接决定了电机驱动、LED 调光、电源管理、音频 DAC 等关键应用的实现质量与系统效率。

理解 PWM 的起点必须是其数学定义。一个标准 PWM 波形由两个基本参数完全刻画：周期（Period）T与占空比（Duty Cycle）D。其中，周期 T 是波形重复一次所需的时间，单位为秒（s）；占空比 D 定义为高电平持续时间 t_on 占整个周期 T 的比例，通常以百分比表示：

$$
D = \frac{t_{on}}{T} \times 100\%
$$

例如，当 T = 10 ms（对应频率 f = 1/T = 100 Hz），若 t_on = 4 ms，则 D = 40%；若 t_on = 6 ms，则 D = 60%；若 t_on = 8 ms，则 D = 80%。这三组波形拥有完全相同的周期，仅通过改变 t_on 这一单一变量，即可在负载上产生三种不同的等效电压。

这种等效性并非来自信号本身的“模拟化”，而是源于负载的物理特性。对于纯电阻负载，PWM 输出的仅仅是快速切换的高低电平，其平均功率为 $P_{avg} = V_{cc}^2 / R \times D$。但对于电机、LED、电感等感性负载