GD32 TIMER — TIMER1 PWM 输出

Tue, 08 Sep 2026 14:52:21 +0800

TIMER — TIMER1 PWM 输出

固件库: GD32F30x_Firmware_Library V3.0.3
芯片: GD32F30x（以 GD32F307 评估板为例）
源文件: GD32F30x_Firmware_Library_V3.0.3/Examples/TIMER/TIMER1_pwmout/main.c

功能简介

本示例用 TIMER1 的 3 个通道（CH0/CH1/CH2）同时输出 3 路 PWM（脉冲宽度调制） 波形，每路的频率相同、占空比不同：

CH0（PA0）：占空比 25%
CH1（PA1）：占空比 50%
CH2（PA2）：占空比 75%

PWM 是嵌入式里最常用、也最好玩的功能之一——LED 呼吸灯、电机调速、舵机转角、蜂鸣器音调，本质上都是"调占空比 / 调频率"。本例不依赖任何中断，配置好定时器后它就在后台自动、持续地翻转引脚，CPU 可以干别的（这里只是 while(1) 空转）。

PWM 是什么直观感受？ 想象一个电灯以很快的频率（比如 60Hz 以上，人眼看不见闪烁）在"亮—灭—亮—灭"。亮的时间占比就是"占空比"。占空比 25% 看起来暗，75% 看起来亮——这就是 LED 调光的原理。

硬件准备

1. 开发板

GD32F30x 评估板（本例无 LED/串口，纯定时器输出）。

2. 观察 PWM 的两种方式

示波器 / 逻辑分析仪：直接测量 PA0 / PA1 / PA2 三路波形，最直观。
用 LED + 限流电阻：把 PA0~PA2 各串一个 220Ω 电阻接 LED 到地。占空比 25% 的灯明显比 75% 的暗。注意 TIMER1 是 3.3V 电平，LED 别直接接大电流。
万用表测电压：直流档测 PA0，读数 ≈ 3.3V × 占空比（25% → 约 0.83V，50% → 约 1.65V，75% → 约 2.48V）。这也是"PWM 当 DAC 用"的思路。

3. 引脚

通道	引脚	复用功能
CH0	PA0	TIMER1_CH0
CH1	PA1	TIMER1_CH1
CH2	PA2	TIMER1_CH2

完整代码（带中文注释）

#include "gd32f30x.h"
#include <stdio.h>
#include "gd32f307c_eval.h"

void gpio_config(void);
void timer_config(void);

/*!
    \brief      GPIO 配置：把 PA0/PA1/PA2 设为 TIMER1 的复用输出
*/
void gpio_config(void)
{
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);   /* 用复用功能必须开 AF 时钟 */

    /* PA0/PA1/PA2 作为 TIMER1 的 CH0/CH1/CH2，配成 复用推挽输出 */
    gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0);
    gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_1);
    gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_2);
}

/*!
    \brief      TIMER1 配置：输出 3 路不同占空比的 PWM
    计算过程：
      TIMER1CLK = SystemCoreClock / 120 = 120MHz / 120 = 1MHz
      周期 = (ARR+1) / 1MHz = 16000 / 1MHz = 16ms  → 频率约 62.5Hz
      CH0 占空比 = 4000 / 16000 = 25%
      CH1 占空比 = 8000 / 16000 = 50%
      CH2 占空比 = 12000 / 16000 = 75%
*/
void timer_config(void)
{
    timer_oc_parameter_struct timer_ocintpara;
    timer_parameter_struct    timer_initpara;

    rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER1);

    timer_deinit(TIMER1);   /* 先复位，防止残留配置干扰 */

    /* ---- 定时器基础参数 ---- */
    timer_initpara.prescaler         = 119;            /* 预分频：120MHz/(119+1)=1MHz */
    timer_initpara.alignedmode       = TIMER_COUNTER_EDGE;   /* 边沿对齐（非中央对齐） */
    timer_initpara.counterdirection  = TIMER_COUNTER_UP;     /* 向上计数 0→ARR */
    timer_initpara.period            = 15999;          /* 自动重装载值 ARR：0~15999 */
    timer_initpara.clockdivision     = TIMER_CKDIV_DIV1;     /* 时钟不分频（与死区无关） */
    timer_initpara.repetitioncounter = 0;             /* 重复计数（高级定时器才用） */
    timer_init(TIMER1, &timer_initpara);

    /* ---- 三通道共用的输出参数 ---- */
    timer_ocintpara.outputstate  = TIMER_CCX_ENABLE;     /* 通道输出使能 */
    timer_ocintpara.outputnstate = TIMER_CCXN_DISABLE;  /* 互补通道不用 */
    timer_ocintpara.ocpolarity   = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;    /* 有效电平=高 */
    timer_ocintpara.ocnpolarity  = TIMER_OCN_POLARITY_HIGH;
    timer_ocintpara.ocidlestate  = TIMER_OC_IDLE_STATE_LOW;   /* 空闲时输出低 */
    timer_ocintpara.ocnidlestate = TIMER_OCN_IDLE_STATE_LOW;
    timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_0, &timer_ocintpara);
    timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_1, &timer_ocintpara);
    timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_2, &timer_ocintpara);

    /* ---- CH0：PWM 模式0，比较值 3999 → 占空比约 25% ---- */
    timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1, TIMER_CH_0, 3999);
    timer_channel_output_mode_config(TIMER1, TIMER_CH_0, TIMER_OC_MODE_PWM0);
    timer_channel_output_shadow_config(TIMER1, TIMER_CH_0, TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);

    /* ---- CH1：PWM 模式0，比较值 7999 → 占空比约 50% ---- */
    timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1, TIMER_CH_1, 7999);
    timer_channel_output_mode_config(TIMER1, TIMER_CH_1, TIMER_OC_MODE_PWM0);
    timer_channel_output_shadow_config(TIMER1, TIMER_CH_1, TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);

    /* ---- CH2：PWM 模式0，比较值 11999 → 占空比约 75% ---- */
    timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1, TIMER_CH_2, 11999);
    timer_channel_output_mode_config(TIMER1, TIMER_CH_2, TIMER_OC_MODE_PWM0);
    timer_channel_output_shadow_config(TIMER1, TIMER_CH_2, TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);

    /* 开启自动重装载影子寄存器（更新 ARR 时不产生毛刺） */
    timer_auto_reload_shadow_enable(TIMER1);
    /* 启动定时器，PWM 开始输出 */
    timer_enable(TIMER1);
}

int main(void)
{
    gpio_config();
    timer_config();

    while (1) {
        /* 定时器在后台自动翻转引脚，CPU 这里空转即可 */
    }
}

代码分段讲解

1. GPIO：PWM 引脚是"复用功能"

`1`	`gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0); // PA0 = TIMER1_CH0`

PWM 波形不是软件一位位翻转出来的，而是定时器硬件直接驱动引脚产生的。所以引脚必须配成 GPIO_MODE_AF_PP（复用推挽），并且必须开 RCU_AF 时钟。如果忘了开 AF，引脚不会输出 PWM。

2. 定时器的"三件套"：PSC、ARR、CCR

PWM 的两个关键量——频率和占空比——由这三者决定：

参数	代码	含义	决定什么
预分频 PSC	`prescaler = 119`	计数时钟 = 120MHz/120 = 1MHz	时间基准
重装载 ARR	`period = 15999`	一个周期计 16000 次 → 16ms	频率（约 62.5Hz）
比较值 CCR	`pulse = 3999/7999/11999`	计到该值时翻转	占空比

占空比公式（PWM 模式 0、高极性）：

占空比 ≈ CCR / (ARR + 1)
CH0: 3999 / 16000 ≈ 25%
CH1: 7999 / 16000 ≈ 50%
CH2: 11999 / 16000 ≈ 75%

（代码注释里写 4000/16000 是取整近似，实际 CCR=3999，细节不重要，理解"比例"即可。）

为什么 TIMER1CLK 要除以 120 而不是直接用 120MHz？ 直接用 120MHz 计数，16000 次只有 133 微秒，频率高达 7.5kHz，对 LED 调光没问题，但本例想演示"慢一点、好测"。分频到 1MHz 后频率约 62.5Hz，既方便示波器观察，也接近 LED 调光的常用频段。想得到别的频率，改 PSC 或 ARR 即可。

3. 通道输出配置：使能 + 极性

1
2
3

timer_ocintpara.outputstate  = TIMER_CCX_ENABLE;       // 通道输出打开
timer_ocintpara.ocpolarity   = TIMER_OC_POLARITY_HIGH; // 有效电平为高
timer_channel_output_config(TIMER1, TIMER_CH_x, &timer_ocintpara);

outputstate = ENABLE：告诉定时器"这个通道要往引脚上输出波形"。
ocpolarity = HIGH：把"有效电平"定义成高电平。配合 PWM0 模式，效果是"计数 < CCR 时输出低，≥ CCR 时输出高"——也就是高电平占 CCR/ARR，正弦地，占空比 = CCR/ARR。
互补通道（outputnstate/ocnpolarity）只在高级定时器 TIMER0 驱动半桥电机时才用，本例关掉。

4. 每通道：比较值 + 模式 + 影子

1
2
3

timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1, TIMER_CH_0, 3999);  // 设 CCR
timer_channel_output_mode_config(TIMER1, TIMER_CH_0, TIMER_OC_MODE_PWM0);  // 设 PWM0
timer_channel_output_shadow_config(TIMER1, TIMER_CH_0, TIMER_OC_SHADOW_DISABLE); // 影子

三行缺一不可：

设比较值：决定占空比的核心数字。
设模式为 PWM0：让通道进入"比较值到就翻转"的 PWM 行为。
影子寄存器：这里 DISABLE 表示 CCR 立即生效。若开启影子（ENABLE），修改 CCR 会在下次更新事件才生效，可避免中途改值导致波形断裂。本例静态输出，关不关都行。

5. 启动：影子 ARR + 使能

1
2

timer_auto_reload_shadow_enable(TIMER1);  // ARR 用影子寄存器
timer_enable(TIMER1);                    // 启动！PWM 开始输出

timer_auto_reload_shadow_enable：让 ARR 也在"更新事件"时才更新，避免在计数中途改周期导致波形毛刺（本例虽不改 ARR，但这是好习惯）。
timer_enable 才是真正的"发令枪"——调用之后，硬件计数器开始跑，引脚上立刻出现 PWM 波形。配置再多，不 enable 就没输出。

实验现象

下载程序并复位后，PA0 / PA1 / PA2 立即开始输出 PWM（无需任何触发）。
用示波器看：
- 三路频率相同（约 62.5Hz，周期约 16ms）。
- 占空比分别为 25% / 50% / 75%，高电平宽度依次翻倍。
若用 LED 接这三路：亮度明显呈暗 → 中 → 亮三档。
若用万用表直流档：电压约为 0.83V / 1.65V / 2.48V（3.3V × 占空比）。

常见问题

Q1：下载后引脚没有任何波形？
按顺序排查：① 是否 timer_enable(TIMER1) 被调用（没启动当然没输出）；② 引脚是否配成 GPIO_MODE_AF_PP 且开了 RCU_AF；③ 是否开了 RCU_TIMER1 时钟；④ 通道 outputstate 是否为 TIMER_CCX_ENABLE。

Q2：频率/占空比和预期不符？
先确认系统时钟：GD32F30x 评估板通常是 120MHz，例程按此算 1MHz 计数时钟。若你的板子系统时钟不同（如 108MHz），TIMER1CLK = SystemCoreClock / 120 的分母就要相应改。频率 = 1MHz / (ARR+1)，占空比 = CCR/(ARR+1)，用公式反推即可。

Q3：想改频率怎么办？
频率 = 计数时钟 / (ARR+1)。改 period（ARR）最直接；要同时保住占空比比例，就按同比例改三路的 pulse 值。注意 ARR 越大频率越低。

Q4：想调占空比怎么办？
改对应通道的 timer_channel_output_pulse_value_config(..., CCR)。CCR 越大占空比越高。运行时也可以反复调用这个函数动态调（比如做呼吸灯）。

Q5：PWM 模式 0 和模式 1 有什么区别？
PWM0：计数 < CCR 输出无效（低），≥ CCR 输出有效（高）；PWM1 反过来。再叠加 ocpolarity 的极性翻转，最终波形可上可下。本例用 PWM0+高极性，结果是"高电平占比 = CCR/ARR"。记不住就实际用示波器看一眼。

Q6：为什么 PA0~PA2 能同时输出？一个定时器不是只有一个计数器吗？
对！TIMER1 只有一个计数器在跑，但它有多个比较通道（CH0~CH3），每个通道有独立的 CCR。计数器是大家共用的，每个通道拿同一个计数值和自己的 CCR 比，于是同一频率下能输出不同占空比的多路 PWM。这正是"用一个定时器驱动多个舵机/多个 LED"的原理。

小结

本示例把 PWM 的"三件套"讲得干干净净：

开时钟：RCU_GPIOA + RCU_AF（复用必须）+ RCU_TIMER1。
配 GPIO：PWM 引脚设 GPIO_MODE_AF_PP。
配定时器：PSC 定时间基准、ARR 定周期（频率）、计数方向=向上。
配通道：使能输出、设极性、设 PWM0 模式、设 CCR（占空比）。
启动：timer_auto_reload_shadow_enable + timer_enable，硬件自动输出。

记住公式 频率 = 计数时钟/(ARR+1)，占空比 = CCR/(ARR+1)，你就能随心所欲地产生任意 PWM。

拓展应用

掌握 PWM 后，可以做一堆好玩的项目：

LED 呼吸灯：在 while(1) 里用循环不断改 pulse 值（从 0 渐增到 ARR 再渐减），占空比平滑变化，LED 就会"呼吸"。
电机调速：把 PWM 接到直流电机驱动模块（如 L298N、TB6612）的使能端，占空比越大转速越高。
舵机控制：舵机靠 50Hz（周期 20ms）PWM 的脉宽定位，1.5ms 居中、0.5~~2.5ms 对应 0~~180°。改 ARR/PSC 得到 50Hz，再用 CCR 调脉宽即可。
蜂鸣器/音频：无源蜂鸣器用不同频率的 PWM 发出不同音调，可演奏简单音乐。
伪 DAC：低通滤波 PWM 得到平滑电压，用占空比当"模拟量输出"（精度有限但省 DAC 外设）。
多路独立 PWM：TIMER1 的 4 个通道可各自不同占空比，同时驱动 4 个舵机或 4 路 LED 调光。
进阶：需要精确测频率/脉宽时，看同目录 TIMER2_inputcapture；需要电机死区/互补输出看 TIMER0 系列。

想理解"比较值怎么自动改出呼吸灯/波形"，建议基于本例把 while(1) 改成动态调整 pulse 的小循环试试。

TIMER1_pwmout on CLing