【STM32C5教程】（7）TIM1 互补 PWM 输出实验

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【STM32C5教程】（7）TIM1 互补 PWM 输出实验

1. 项目简介

1.1 实验目标

本实验在 NUCLEO-C542RC 开发板上，使用 STM32C542RCT6 的高级定时器 TIM1 的 CH1/CH1N 通道，通过 PA8 和 PB13 输出频率为 10 kHz、占空比为 50%、死区时间约为 500 ns 的互补 PWM 信号。

功能需求：

• 使用 TIM1 的 CH1（PA8）和 CH1N（PB13）输出互补 PWM 信号
• PWM 频率 10 kHz
• 占空比 50%
• 死区时间约 500 ns

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

什互补 PWM？两路信号呈互补关系：一路为高电平时，另一路为低电平。这种信号常用于半桥/全桥电机驱动电路，互补的两路分别驱动上下两个开关管。在切换边沿插入“死区时间”——两路都保持低电平的一小段空白——可以确保上下管不会同时导通，避免直通短路。

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）
• 示波器（用于观测 PA8 与 PB13 的输出波形）

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 PA8 和 PB13 输出 PWM，通过示波器观测，不使用板载 LED 或按键。

2.2 引脚说明

引脚	复用功能	说明
PA8	TIM1_CH1	互补 PWM 的主通道
PB13	TIM1_CH1N	互补 PWM 的互补通道

PA8（TIM1_CH1）：配置为复用功能（AF1）、推挽输出，由 TIM1 通道 1 输出 PWM 波形。

PB13（TIM1_CH1N）：配置为复用功能（AF1）、推挽输出，由 TIM1 通道 1 的互补通道输出互补 PWM 波形。

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。

1. 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。

2. 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。

3. 填写项目信息
   输入项目名称 TIM1_PWM_Comp 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，TIM1 输入时钟为144 MHz。

3.3 TIM1 配置

（1）配置 TIM1 通道 1 为 PWM Generation

在左侧外设列表中找到Timers→TIM1，点击展开。在Mode区域中，将Channel1设置为PWM Generation CH1 CH1N。

设置完成后，Pinout 视图中PA8自动分配为TIM1_CH1，PB13自动分配为TIM1_CH1N。

（2）配置定时参数

在 TIM1 的Parameter Settings中设置：

参数	值	说明
Prescaler (PSC)	11	144 MHz ÷ 12 = 12 MHz
Counter Mode	Up	向上计数
Counter Period (ARR)	1199	12 MHz ÷ 1200 = 10 kHz
auto-reload preload	Enable	建议启用

PWM 频率计算：

PWM 频率=TIM1时钟 /((PSC+1)×(ARR+1))=144,000,000 /((11+1)×(1199+1))=144,000,000 /(12×1200)=10,000Hz=10kHz

（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)	600	占空比 50%
Output compare preload	Enable	使能比较预装载
CH Polarity	High	通道极性为高
CHN Polarity	High	互补通道极性为高

占空比计算：

占空比=Pulse /(ARR +1)=Pulse /100

占空比 = Pulse / (ARR + 1) = 600 / 1200 = 50%

（4）配置死区时间

切换到Break and Dead Time management标签页，配置死区：

参数	值	说明
Dead Time	72	死区计数
Automatic Output State	Disable	MOE 由软件启动
Off State Run Mode	Disable	—
Off State Idle Mode	Disable	—

死区时间计算：

DTS 时钟=TIM1 时钟 / DTS 分频=144MHz /1=144MHz 死区时间=Dead Time 值 / DTS=72/144MHz=0.5µs=500ns

（5）确认引脚配置

回到 Pinout 视图，PA8 应显示为TIM1_CH1，PB13 应显示为TIM1_CH1N。

3.4 项目配置

1. 点击Project Settings，进入工程设置页面。
2. 在IDE Format下拉选项中选择CMake。
3. 在CMake Toolchain下拉选项中选择GCC。
4. 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。
5. 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“TIM1 硬件互补 PWM + 软件启动通道和计数器”的方案：

mx_tim1_init()// CubeMX2 生成：10 kHz 时基、PWM1 模式、CH1/CH1N、│// PA8/PB13 复用、死区 500 ns│ ▼HAL_TIM_OC_StartChannel(htim1,HAL_TIM_CHANNEL_1)// 启动 CH1，使能 CC1 和 MOE│ ▼HAL_TIM_OC_StartChannel(htim1,HAL_TIM_CHANNEL_1N)// 启动 CH1N│ ▼HAL_TIM_Start(htim1)// 启动计数器，PWM 开始输出│ ▼ 主循环空闲：PWM 由硬件持续输出

两步启动CubeMX2 中Automatic Output State 设为 Disable，意味着主输出使能位（MOE）不会自动开启。MOE 必须由软件显式使能，否则 PA8 和 PB13 引脚一直无波形输出。HAL_TIM_OC_StartChannel()在启动通道的同时会打开 MOE，HAL_TIM_Start()则启动计数器。两者缺一不可。

先启动通道、后启动计数器的原因：让 MOE 先就位，计数器一开始走就能输出稳定波形，避免启动瞬间多出一个毛刺脉冲。

HAL2 与 HAL1 的差异：经典 HAL1 中使用单个函数HAL_TIM_PWM_Start()启动 PWM；CubeMX2 的 HAL2 改为两个函数分开操作——HAL_TIM_OC_StartChannel()启动输出通道，HAL_TIM_Start()启动计数器。

各步骤使用的 HAL 函数：

步骤	HAL 函数	作用
获取 TIM1 句柄	mx_tim1_gethandle()	返回 CubeMX 生成的 TIM1 句柄
启动输出通道	HAL_TIM_OC_StartChannel()	使能通道并开启 MOE
启动计数器	HAL_TIM_Start()	启动 TIM1 计数，PWM 开始输出

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

#include"main.h"#include"mx_tim1.h"

（2）主函数

intmain(void){if(mx_system_init()!=SYSTEM_OK){return(-1);}else{/* * You can start your application code here *//* TIM1_CH1 (PA8) and TIM1_CH1N (PB13) complementary PWM, deadtime * already configured by mx_tim1_init() (500 ns). The timer is * initialized but the counter and the output channels are not yet started. */hal_tim_handle_t*htim1=mx_tim1_gethandle();/* Start the output channels: enables CC1/CC1N and the main output MOE. */if(HAL_TIM_OC_StartChannel(htim1,HAL_TIM_CHANNEL_1)!=HAL_OK){return(-1);}if(HAL_TIM_OC_StartChannel(htim1,HAL_TIM_CHANNEL_1N)!=HAL_OK){return(-1);}/* Start the TIM1 counter to generate the PWM at 10 kHz/50% duty. */if(HAL_TIM_Start(htim1)!=HAL_OK){return(-1);}while(1){}}}

代码说明：

• mx_tim1_gethandle() 返回 CubeMX2 生成的 TIM1 句柄。
• HAL_TIM_OC_StartChannel(htim1, HAL_TIM_CHANNEL_1) 启动主通道 CH1（PA8），同时使能主输出 MOE。
• HAL_TIM_OC_StartChannel(htim1, HAL_TIM_CHANNEL_1N) 启动互补通道 CH1N（PB13）。
• HAL_TIM_Start(htim1) 启动 TIM1 计数器。前两步只使能输出，不启动计数；第三步才真正开始产生 PWM。
• 频率、占空比、死区等参数已在 mx_tim1_init() 中配置完成，main.c 无需重新设置。。

5. 编译烧录与运行测试

5.1 编译与烧录

1. 打开工程：用 VS Code 打开 CubeMX2 生成的 CMake 工程文件夹（如 TIM1_PWM_Comp_cmake）。
2. 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。
3. 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）。
4. 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。
5. 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。用示波器两通道分别测量 PA8 和 PB13，观察波形：

• 测试 1：频率
  两路信号频率均为 10 kHz，周期 100 µs。

• 测试 2：互补关系
  CH1（PA8）与 CH1N（PB13）呈互补关系：当 PA8 为高电平时，PB13 为低电平；反之亦然。

• 测试 3：占空比
  两路信号的占空比均约 50%。

• 测试 4：死区时间
  在两路信号切换边沿处，可以观察到明显的死区间隔——两路同时为低电平的一段空白时间，约 500 ns。

测试结果：
☑ 编译通过，无错误
☑ 烧录成功
☑ 两路 PWM 频率均为 10 kHz
☑ 两路呈互补关系
☑ 两路占空比均约 50%
☑ 切换边沿处死区时间约 500 ns
功能正常。

6. 小结

本实验通过 TIM1 的互补 PWM 输出实现了两路 10 kHz、50% 占空比、500 ns 死区的互补信号输出，掌握了 STM32C5 系列高级定时器互补 PWM 与死区时间的配置与使用方法。

核心逻辑可以概括为：“TIM1 硬件产生互补 PWM → 软件启动通道与计数器 → 输出带死区的互补波形”。

有两点需要注意：

第一，主输出 MOE 必须由软件使能。 CubeMX2 中 Automatic Output State 设为 Disable，意味着不会自动开启 MOE。必须调用 HAL_TIM_OC_StartChannel() 才能打开主输出，否则 PA8 和 PB13 一直无波形。

第二，启动 PWM 分两步。 先调用两次 HAL_TIM_OC_StartChannel() 启动 CH1 和 CH1N 两个通道，再调用 HAL_TIM_Start() 启动计数器。两步都完成后 PWM 才真正输出。

死区时间是互补 PWM 的核心参数，由 DTS 采样时钟和 Dead Time 寄存器的值共同决定。本实验取 DTS = 144 MHz、Dead Time = 72，得到 500 ns 的死区。如需调整，可按公式 死区 = Dead Time / DTS 反推。

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