【STM32C5教程】（6）定时器 PWM 输出实验

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HuangXF 发布时间：2026-10-21 13:23

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文章简介:	本文介绍在 NUCLEO-C542RC（STM32C542RCT6）上使用 TIM2 通道 1 输出 1 kHz PWM 驱动板载 LED（PA5）实现呼吸灯的实验。通过 STM32CubeMX2 配置 TIM2（PSC=1439，ARR=99，PWM1 模式），在 main.c 中启动 PWM 并以 13 ms/步在 10%~90% 之间往复扫描占空比。编译烧录后 LED 呈平滑呼吸效果，周期约 2 秒，验证功能正常。

1. 项目简介

1.1 实验目标

本实验在 NUCLEO-C542RC 开发板上，使用 STM32C542RCT6 的 TIM2 通道 1（TIM2_CH1）输出 PWM 信号驱动板载 LED（PA5），PWM 频率约为 1 kHz；占空比在 10% ~ 90% 之间周期性往复变化，周期约为 2 s，实现呼吸灯效果。

功能需求：

使用 TIM2 通道 1 输出 1 kHz PWM 信号，驱动板载 LED（PA5）
占空比在 10% ~ 90% 之间周期性往复变化
一个完整呼吸周期（10% → 90% → 10%）约为 2 s
LED 亮度平滑渐亮、渐暗

开发板和 MCU 型号： NUCLEO-C542RC 开发板，搭载 STM32C542RCT6 MCU。

1.2 实验条件

硬件：

NUCLEO-C542RC 开发板
支持数据传输的 USB Type-C 线（用于连接 ST-LINK 接口）

软件：

STM32CubeMX2（用于引脚、时钟配置与代码生成）
VS Code + STM32Cube 插件（用于编译、烧录、调试）

2. 硬件说明

2.1 NUCLEO-C542RC 开发板

NUCLEO-C542RC 是 ST 基于 STM32C542RCT6 推出的 Nucleo-64 开发板。主要特性：

MCU：STM32C542RCT6，Arm Cortex-M33 内核，最高主频 144 MHz，256 KB Flash，64 KB RAM
调试器：板载 STLINK-V3EC，支持大容量存储、虚拟串口和调试端口三种功能
用户 LED：LD1，连接 PA5
用户按键：B1，连接 PC13
复位按键：B2
扩展接口：Arduino Uno V3 和 ST morpho 连接器

本实验使用板载的 LD1，无需额外外设。

2.2 引脚说明

引脚	别名	功能	复用功能	有效电平
PA5	LD1	板载用户 LED	TIM2_CH1（AF1）	高电平点亮

PA5（LD1）：配置为复用功能（ALTERNATE）、推挽输出（PUSHPULL），由 TIM2 通道 1 直接输出 PWM 波形驱动。

3. STM32CubeMX2 工程配置

3.1 新建工程

本实验采用 MCU 方式创建工程，即以芯片型号 STM32C542RC 为起点，而非开发板方式。

进入 MCU 选择界面启动 STM32CubeMX2，在首页点击 MCU，进入芯片型号选择列表。
搜索并选中芯片在 MCU name 输入框中输入 STM32C542RC（或完整型号 STM32C542RCT6），从筛选出的列表中选择对应型号。
填写项目信息输入项目名称 TIM_PWM_1kHz 和项目保存路径。项目名称避免使用特殊字符，路径建议使用纯英文目录。

3.2 基础配置

工程创建后，软件自动进入 Pinout 视图。

时钟配置：本工程系统时钟配置为 144 MHz，APB1 分频系数为 1，TIM2 输入时钟为 144 MHz。

3.3 TIM2 配置

（1）配置 TIM2 通道 1 为 PWM 输出

在左侧外设列表中找到 Timers → TIM2，点击展开。在 Mode 区域中，将 Channel1 设置为 PWM Generation CH1。

设置完成后，Pinout 视图中 PA5 引脚会自动分配为 TIM2_CH1（复用功能 AF1）。

（2）配置定时参数

在 TIM2 的 Parameter Settings 中设置：

参数	值	说明
Prescaler (PSC)	1439	144 MHz ÷ 1440 = 100 kHz
Counter Mode	Up	向上计数
Counter Period (ARR)	99	100 kHz ÷ 100 = 1 kHz
auto-reload preload	Enable	建议启用自动重装载预装载

PWM 频率计算：

PWM 频率 = TIM2时钟 / ((PSC + 1) × (ARR + 1))
= 144,000,000 / ((1439 + 1) × (99 + 1))
= 144,000,000 / (1440 × 100)
= 1000 Hz = 1 kHz

（3）配置 PWM 通道

在 Channel1 的配置区域中：

参数	值	说明
Mode	PWM1	PWM 模式 1
Pulse (CCR1)	0	初始占空比（后续由代码修改）
Output compare preload	Enable	使能比较预装载
CH Polarity	High	通道极性为高

占空比计算：

占空比 = Pulse / (ARR + 1) = Pulse / 100

即脉冲值 10 对应约 10%，脉冲值 89 对应约 90%。

（4）确认引脚配置

回到 Pinout 视图，PA5 应显示为 TIM2_CH1（复用功能）。可以设置 User Label 为 LD1。

3.4 项目配置

点击 Project Settings，进入工程设置页面。
在 IDE Format 下拉选项中选择 CMake。
在 CMake Toolchain 下拉选项中选择 GCC。
确认配置无误后，点击 Generate Code。CubeMX2 会执行配置检查，如果没有错误，开始在指定路径下生成 CMake 工程文件。
生成完成后，项目路径下会出现标准 CMake 工程结构，包含 Core/、Drivers/、CMakeLists.txt 等。

4. 编程实现

4.1 实现思路

采用 “TIM2 硬件 PWM + 主循环更新占空比” 的方案：

mx_tim2_init() // CubeMX2 生成：1 kHz 时基、PWM1 模式、PA5 复用
│
▼
HAL_TIM_OC_EnableComparePreload() // 使能比较预装载
│
▼
HAL_TIM_OC_SetCompareUnitPulse() // 设置初始脉冲 = 10（10%）
│
▼
HAL_TIM_OC_StartChannel() // 启动通道 1 输出
│
▼
HAL_TIM_Start() // 启动计数器，PWM 开始输出
│
▼
主循环：脉冲值 10 → 89 → 10，每步延时 13 ms，往复扫描

与定时器中断实验的区别：第 5 篇用 TIM6 周期中断实现 LED 闪烁，本篇用 TIM2 硬件 PWM 输出实现呼吸灯。前者由 CPU 在中断中翻转引脚，后者由定时器硬件自动产生 PWM 波形，CPU 只需修改占空比。

比较预装载的作用：使能比较预装载后，每次写入的新占空比会在下一个更新事件（PWM 周期边界）才生效，波形切换更平滑，不会产生毛刺。

各步骤使用的 HAL 函数：

步骤	HAL 函数	作用
使能比较预装载	`HAL_TIM_OC_EnableComparePreload()`	占空比在周期边界更新
设置脉冲值	`HAL_TIM_OC_SetCompareUnitPulse()`	写入通道 1 的 CCR 值
启动输出通道	`HAL_TIM_OC_StartChannel()`	使能 TIM2_CH1 输出
启动计数器	`HAL_TIM_Start()`	启动 TIM2 计数，PWM 开始输出
软件延时	`HAL_Delay()`	控制呼吸速度（13 ms/步）

4.2 关键代码

在 VS Code 中打开生成的 CMake 工程，找到 Core/Src/main.c，添加以下代码。

（1）文件头部添加头文件与宏定义

#include "main.h"
#include "mx_tim2.h"

/* TIM2_CH1 PWM 参数：周期 99 / 1 kHz，占空比在 10% ~ 90% 之间扫描 */
#define PWM_PERIOD         99u   /* TIM2 ARR，与 1 kHz 时基一致 */
#define PWM_PULSE_MIN      10u   /* 10% 占空比 */
#define PWM_PULSE_MAX      89u   /* 90% 占空比 */
#define PWM_STEP_DELAY_MS  13u   /* 一个完整周期约 2 s：2*80*13 = 2080 ms */

（2）主函数

int main(void)
{
  if (mx_system_init() != SYSTEM_OK)
  {
    return (-1);
  }
  else
  {
    /* 生成的 mx_tim2_init() 已配置 1 kHz 时基、PWM1 模式和 PA5 引脚。
     * 使能比较预装载后，每次写入的占空比都在下一个更新事件生效。 */
    hal_tim_handle_t *htim2 = mx_tim2_gethandle();

    if (HAL_TIM_OC_EnableComparePreload(htim2, HAL_TIM_OC_COMPARE_UNIT_1) != HAL_OK)
    {
      return (-1);
    }

    /* 从最小占空比开始，避免上电时 LED 完全熄灭 */
    if (HAL_TIM_OC_SetCompareUnitPulse(htim2, HAL_TIM_OC_COMPARE_UNIT_1, PWM_PULSE_MIN) != HAL_OK)
    {
      return (-1);
    }

    /* 启动通道 1 输出，再启动计数器，产生 PWM */
    if (HAL_TIM_OC_StartChannel(htim2, HAL_TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
    {
      return (-1);
    }
    if (HAL_TIM_Start(htim2) != HAL_OK)
    {
      return (-1);
    }

    /* 呼吸灯：占空比在 10% ~ 90% 之间往复扫描 */
    uint32_t pulse;
    while (1)
    {
      /* 渐亮：10% -> 90% */
      for (pulse = PWM_PULSE_MIN; pulse <= PWM_PULSE_MAX; pulse++)
      {
        (void)HAL_TIM_OC_SetCompareUnitPulse(htim2, HAL_TIM_OC_COMPARE_UNIT_1, pulse);
        HAL_Delay(PWM_STEP_DELAY_MS);
      }
      /* 渐暗：90% -> 10% */
      for (pulse = PWM_PULSE_MAX; pulse >= PWM_PULSE_MIN; pulse--)
      {
        (void)HAL_TIM_OC_SetCompareUnitPulse(htim2, HAL_TIM_OC_COMPARE_UNIT_1, pulse);
        HAL_Delay(PWM_STEP_DELAY_MS);
      }
    }
  }
}

代码说明：

mx_tim2_gethandle() 返回 CubeMX2 生成的 TIM2 句柄。
HAL_TIM_OC_EnableComparePreload() 使能比较预装载，占空比更新在周期边界生效，波形更平滑。
HAL_TIM_OC_SetCompareUnitPulse() 写入通道 1 的脉冲值（CCR），脉冲值 = 占空比 × (ARR+1) / 100。
HAL_TIM_OC_StartChannel() 启动通道 1 输出，HAL_TIM_Start() 启动计数器。两步必须都调用，否则 PWM 无法输出。
呼吸循环使用简单的线性扫描（渐亮/渐暗），每步 13 ms，一步改变约 1% 占空比，人眼观察为平滑呼吸效果。
一个完整循环耗时约 2 × 80 步 × 13 ms = 2080 ms ≈ 2 s。

5. 编译烧录与运行测试

5.1 编译与烧录

打开工程：用 VS Code 打开 CubeMX2 生成的 CMake 工程文件夹（如 TIM_PWM_1kHz_cmake）。
编译：点击 VS Code 底部状态栏的 Build 按钮，或使用命令面板执行 CMake 构建。编译完成后，终端应输出 Build finished with exit code 0，无 error。
连接开发板：用支持数据传输的 USB Type-C 线连接 NUCLEO-C542RC 的 ST-LINK USB 口（CN1）。
确认设备识别：打开设备管理器，在“端口 (COM 和 LPT)”下应能看到 STLink COMx。
烧录：点击 VS Code 中的运行按钮，将固件下载到开发板。

5.2 运行与测试

烧录完成后，程序自动开始运行。观察板载 LED LD1 的闪烁情况：

测试 1：呼吸灯效果观察 LD1 亮度变化：由暗渐亮 → 由亮渐暗 → 循环往复，亮度变化平滑，无明显闪烁或跳变。
测试 2：呼吸周期一个完整的呼吸周期（暗 → 亮 → 暗）约为 2 秒。可用手机秒表计时核对。
测试 3：PWM 波形（可选）用示波器或逻辑分析仪测量 PA5 引脚，可观察到：
- 频率约 1 kHz 的 PWM 方波
- 占空比在 10% ~ 90% 之间周期性变化
- 脉宽变化呈三角波规律

测试结果： ☑ 编译通过，无错误 ☑ 烧录成功 ☑ LD1 呈呼吸灯效果，亮度平滑变化 ☑ 呼吸周期约 2 秒 ☑ 示波器观测 PA5，频率约 1 kHz，占空比在 10% ~ 90% 之间往复变化功能正常。

6. 小结

本实验通过 TIM2 通道 1 硬件 PWM 输出实现了板载 LED 的呼吸灯效果，掌握了 STM32C5 系列定时器硬件 PWM 输出的配置与使用方法。

核心逻辑可以概括为：“TIM2 硬件产生 1 kHz PWM → 主循环更新占空比 → 三角波扫描实现呼吸效果”。

有两点需要注意：

第一，启动 PWM 需要两步。 HAL_TIM_OC_StartChannel() 使能输出通道，HAL_TIM_Start() 启动计数器，两者缺一不可。只调用其中一个，PWM 不会输出。
第二，使能比较预装载。 HAL_TIM_OC_EnableComparePreload() 让新的占空比在下一个 PWM 周期边界才生效，避免波形切换时出现毛刺。

与上一篇定时器周期中断实验相比，中断方案由 CPU 在中断服务程序中翻转引脚，本实验由定时器硬件自动产生 PWM 波形，CPU 只需更新占空比，这是两者的核心技术差异。