7. PWM 输出

📝本节您将了解 PWM（脉宽调制）的工作原理，学习如何通过定时器的捕获/比较功能生成频率和占空比可调的 PWM 信号，并驱动天巧星板载蜂鸣器。

🏆本章目标

1️⃣ 理解 PWM 信号的频率、占空比等关键参数

2️⃣ 了解 MSPM0G3519 定时器的 PWM 输出机制

3️⃣ 通过 SysConfig 配置 PWM 输出

4️⃣ 实现可变占空比的 PWM 输出，驱动蜂鸣器发声

7.1 PWM 基本概念

PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是一种用数字信号（只有 0 和 1）来传递信息的调制方式。它不改变脉冲的幅度（电压始终是 0 或 3.3V），而是通过改变每个周期内高电平的持续时长——也就是占空比——来实现不同的控制效果。

打个比方：手电筒的开关只有"开"和"关"，但如果按固定节奏快速拨动开关、并控制每次"开"的时长，从远处看手电筒就会呈现出不同的亮度。

PWM 亮度调节原理

核心参数

参数	定义	举例
周期（Period）	一个完整的开→关→开循环的时间	蜂鸣器 1ms 周期 = 1000Hz 音调
频率（Frequency）	每秒钟完成多少个周期	LED 调光用 1kHz（人眼看不出闪烁）
占空比（Duty Cycle）	每个周期中"开"的时间占比	50% = 半开半关，亮度约一半

PWM 占空比与周期示意图

不同场景下，PWM 控制的"是什么"

PWM 不是只有一个套路——参数怎么调，取决于你控制的是什么东西：

场景	调什么	为什么	是否涉及
LED 呼吸灯	只调占空比	频率固定（>100Hz 人眼看不出闪烁），占空比越大灯越亮	实验一
蜂鸣器发声	调频率，占空比锁 50%	频率决定音调高低，占空比 50% 达到最大音量	实验二
舵机控制	调脉宽（绝对时间）	0.5ms~2.5ms 的脉宽对应 0°~180°，频率固定 50Hz	本章不涉及
电机调速	只调占空比	频率一般在 10kHz 以上（超出人耳，不啸叫）	本章不涉及

占空比与效果对照

占空比	波形特征	等效电压（3.3V）	典型效果	应用场景
0%	始终低电平	0V	完全关闭	待机、停止
25%	窄脉冲	0.83V	LED 微亮	LED 调光
50%	对称方波	1.65V	最大音量	蜂鸣器驱动
75%	宽脉冲	2.48V	中高速	电机调速
100%	始终高电平	3.3V	全速运行	全功率

7.2 MSPM0G3519 的 PWM 实现

PWM 输出是定时器捕获/比较（CC）通道的功能之一。工作原理：

定时器按设定周期循环计数
捕获/比较寄存器存储一个比较值
当计数值 < 比较值时输出高电平，≥ 比较值时输出低电平（或反之）
修改比较值即可改变占空比，修改周期值即可改变频率

PWM 比较输出原理

PWM 频率和占空比计算

PWM频率 = 时钟源频率 / (预分频 × (周期值 + 1))
占空比 = 比较值 / (周期值 + 1) × 100%

例如：时钟 32MHz，预分频 32，周期值 1000：

PWM 频率 = 32000000 / (32 × (1000 + 1)) ≈ 999Hz ≈ 1kHz
比较值设为 500 → 占空比 ≈ 500/(1000+1) ≈ 50%

天巧星 PWM 引脚速查

MSPM0G3519 拥有丰富的定时器资源（TIMA0、TIMA1、TIMG0~TIMG14 等），大部分 GPIO 可通过 IOMUX 配置为 PWM 输出。下表仅列出本章涉及及板上已占用的 PWM 引脚：

定时器通道	引脚	用途
TIMA1 CCP0	PB26	WS2812 RGB LED（板上已占用）
TIMG8 CCP0	PA29	编码器 A（板上已占用）
TIMG8 CCP1	PA30 / PB22	编码器 B（板上已占用）/ 板载 LED（本章实验一）
TIMG6 CCP1	PB27	蜂鸣器（本章实验二）

更多 PWM 引脚

如需使用其他定时器或通道，请在 SysConfig 中配置 PWM 实例时查看可选的引脚列表，或查阅 MSPM0G3519 数据手册的引脚属性表（IOMUX 章节）。

本实验使用 TIMG8 输出 PWM，通道 CCP1 映射到 PB22（天巧星板载 LED，无需外接）。蜂鸣器实验使用 TIMG6 CCP1（PB27）。

关于 PB22 板载 LED

PB22 板载 LED 是 active-low（低电平点亮）。因此占空比 = 0% 时 LED 最亮，占空比 = 100% 时 LED 熄灭——呼吸灯视觉效果不变，只是亮暗方向相反。

7.3 SysConfig 配置 PWM 输出

7.3.1 基础 PWM 配置

打开 .syscfg 文件
左侧面板找到 PWM 选项卡（或在 TIMER 中选择 PWM 模式）
点击 ADD 添加 PWM 实例

配置参数：

参数	设置值	说明
Name	`PWM_0`	实例名称
Timer Clock Source	`BUSCLK`	32MHz 总线时钟
Timer Clock Divider	`Divided by 1`	不分频
Timer Clock Prescale	`32`	预分频（计数频率 = 32MHz / 32 = 1MHz）
Timer Peripheral	`TIMG8`	选择定时器
PWM Mode	`Edge-aligned Up Counting`	边沿对齐、向上计数
PWM Period Count	`1000`	周期计数值（PWM 频率 ≈ 1kHz）
PWM Channel(s)	`PWM Channel 1`	启用通道 1（CCP1）
Channel 1 Pin	`PB22`	TIMG8 CCP1，板载 LED
Channel 1 Duty(%)	`50`	占空比 50%（SysConfig 按百分比输入）
Initial Value	`Low`	初始输出低电平

保存并编译。

SysConfig PWM 配置

PWM 频率选择指南

应用	推荐频率	原因
LED 调光	1kHz ~ 10kHz	高于人眼闪烁感知阈值（>100Hz）
蜂鸣器	500Hz ~ 5kHz	人耳可听范围内的音调
电机驱动	10kHz ~ 20kHz	超出人耳听觉，减少电磁噪音
舵机控制	50Hz（20ms 周期）	舵机协议要求

自动生成的宏

保存 SysConfig 后，工具会自动生成 ti_msp_dl_config.h。你在 SysConfig 中填入的 Name（如 PWM_0）会自动生成对应的宏（如 PWM_0_INST 指向 TIMG8 寄存器地址、DL_TIMER_CC_1_INDEX 指向通道 1），在代码中直接使用即可，无需手动定义。

7.4 PWM 相关函数

常用 PWM DriverLib 函数

设置占空比（比较值）：

void DL_TimerG_setCaptureCompareValue(TIMER_Regs *timer, uint32_t value, DL_TIMER_CC_INDEX index);

修改比较值即改变占空比。value 范围 0 ~ 周期值。

启动定时器：

void DL_TimerG_startCounter(TIMER_Regs *timer);

停止定时器：

void DL_TimerG_stopCounter(TIMER_Regs *timer);

设置周期值（修改频率）：

void DL_TimerG_setLoadValue(TIMER_Regs *timer, uint32_t value);

修改周期值可改变 PWM 频率。建议先停止定时器再修改，避免异常状态。

获取当前周期值：

uint32_t DL_TimerG_getLoadValue(TIMER_Regs *timer);

返回当前配置的周期值，用于计算占空比比例。

7.5 实验一：LED 呼吸灯

关于 CPUCLK_FREQ

CPUCLK_FREQ 是 SysConfig 在 ti_msp_dl_config.h 中自动生成的宏，默认值为 32000000（32MHz）。delay_cycles(CPUCLK_FREQ / 1000 * N) 即延时 N 毫秒。delay_cycles 是 DriverLib 提供的阻塞延时函数。

利用 PWM 占空比渐变实现 LED 亮度的平滑过渡（呼吸效果）。

#include "ti_msp_dl_config.h"

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();
    DL_TimerG_startCounter(PWM_0_INST);

    uint32_t duty = 0;
    int8_t direction = 1;  // 1:递增, -1:递减

    while (1) {
        // 更新占空比
        DL_TimerG_setCaptureCompareValue(PWM_0_INST, duty, DL_TIMER_CC_1_INDEX);

        // 占空比递增/递减
        duty += direction * 10;

        // 到达边界则反向
        if (duty >= 1000) {
            duty = 1000;
            direction = -1;
        } else if (duty == 0) {
            direction = 1;
        }

        delay_cycles(CPUCLK_FREQ / 1000 * 10);  // 延时 10ms，控制呼吸速度
    }
}

运行效果：LED 亮度从亮到暗再从暗到亮循环变化，呈现呼吸灯效果。

天巧星 PWM 呼吸灯效果

原理说明

占空比从 0% 到 100% 渐变 → PWM 低电平时间减少 → LED 从最亮到灭（PB22 是 active-low）
占空比从 100% 到 0% 渐变 → PWM 低电平时间增加 → LED 从灭到最亮
每 10ms 改变一次占空比，100 步完成一次渐变 → 单向渐变时间约 1 秒

7.6 实验二：蜂鸣器驱动

实验一和实验二的关系

两个实验可以共存在同一个项目中——只需在 SysConfig 中再 ADD 一个 PWM 实例即可（TIMG8 和 TIMG6 互不冲突）。当然，你也可以为每个实验新建独立项目。

天巧星板载无源蜂鸣器接在 PB27（TIMG6 CCP1）。无源蜂鸣器需要外部提供方波驱动，改变频率即改变音调，占空比固定 50% 即可获得最大音量。

SysConfig 配置蜂鸣器 PWM

参数	设置值	说明
Name	`PWM_BUZZER`	实例名称
Timer Clock Source	`BUSCLK`	32MHz 总线时钟
Timer Clock Divider	`Divided by 1`	不分频
Timer Clock Prescale	`32`	预分频（计数频率 = 32MHz / 32 = 1MHz）
Timer Peripheral	`TIMG6`	蜂鸣器对应定时器
PWM Mode	`Edge-aligned Up Counting`	边沿对齐、向上计数
PWM Period Count	`2273`	频率 ≈ 440Hz（标准音 A4）
PWM Channel(s)	`PWM Channel 1`	启用通道 1（CCP1）
Channel 1 Pin	`PB27`	蜂鸣器引脚
Channel 1 Duty(%)	`50`	占空比 50%（SysConfig 按百分比输入）
Initial Value	`Low`	初始输出低电平

音调频率参考

计数频率 1MHz 下，Period（周期值）的计算公式：Period = round(1,000,000 / 目标频率)。例如 A4 = 440Hz → Period = round(1,000,000 / 440) = 2273。

音名	频率(Hz)	PWM Period（1MHz 计数频率）
C4（Do）	262	3817
D4（Re）	294	3401
E4（Mi）	330	3030
F4（Fa）	349	2865
G4（Sol）	392	2551
A4（La）	440	2273
B4（Si）	494	2024
C5（高Do）	523	1912

播放简单音调序列

#include "ti_msp_dl_config.h"

// 音调频率对应的周期值（1MHz 计数频率）
#define NOTE_C4  3817
#define NOTE_D4  3401
#define NOTE_E4  3030
#define NOTE_F4  2865
#define NOTE_G4  2551
#define NOTE_A4  2273
#define NOTE_B4  2024
#define NOTE_C5  1912
#define NOTE_REST 0     // 休止符

// 设置蜂鸣器频率
void buzzer_set_freq(uint32_t period)
{
    if (period == 0) {
        // 休止：停止 PWM
        DL_TimerG_stopCounter(PWM_BUZZER_INST);
    } else {
        DL_TimerG_setLoadValue(PWM_BUZZER_INST, period);
        DL_TimerG_setCaptureCompareValue(PWM_BUZZER_INST, period / 2, DL_TIMER_CC_1_INDEX);
        DL_TimerG_startCounter(PWM_BUZZER_INST);
    }
}

// 播放音符（duration 单位 ms）
void buzzer_play_note(uint32_t period, uint32_t duration_ms)
{
    buzzer_set_freq(period);
    delay_cycles((uint32_t)(CPUCLK_FREQ / 1000) * duration_ms);
    buzzer_set_freq(0);  // 音符间短暂静音
    delay_cycles((uint32_t)(CPUCLK_FREQ / 1000) * 50);
}

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    // 播放 C 大调音阶
    uint32_t melody[] = {NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_F4,
                         NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_B4, NOTE_C5};
    uint8_t len = sizeof(melody) / sizeof(melody[0]);

    while (1) {
        for (uint8_t i = 0; i < len; i++) {
            buzzer_play_note(melody[i], 400);  // 每个音符 400ms
        }
        delay_cycles(CPUCLK_FREQ);  // 播放完暂停 1 秒
    }
}

运行效果：蜂鸣器循环播放 C 大调音阶（Do Re Mi Fa Sol La Si Do）。

7.7 动态调节 PWM

PWM 的频率和占空比可在运行时动态修改：

// 修改占空比（不改变频率）
DL_TimerG_setCaptureCompareValue(PWM_0_INST, new_duty, DL_TIMER_CC_1_INDEX);

// 修改频率（需同时更新周期和占空比）
DL_TimerG_stopCounter(PWM_0_INST);
DL_TimerG_setLoadValue(PWM_0_INST, new_period);
DL_TimerG_setCaptureCompareValue(PWM_0_INST, new_period / 2, DL_TIMER_CC_1_INDEX);
DL_TimerG_startCounter(PWM_0_INST);

注意

修改周期值（频率）时建议先停止定时器再修改，避免在计数过程中出现比较值 > 周期值的异常状态。修改占空比（比较值）可以在运行中直接修改，下个周期生效。

7.8 知识总结

内容	说明
PWM 本质	定时器计数 + 比较输出的高低电平切换
频率控制	修改定时器周期值（Period）
占空比控制	修改捕获比较值（Compare Value）
LED 调光	占空比越大 → LED 越亮
蜂鸣器	频率决定音调，占空比固定 50%
天巧星蜂鸣器	PB27，TIMG6 CCP1

掌握 PWM 输出后，你可以驱动蜂鸣器、实现 LED 调光、控制电机转速等。下一章将学习输入捕获——PWM 的"逆操作"，测量外部信号的频率和占空比。

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7. PWM 输出 ​

7.1 PWM 基本概念 ​

核心参数 ​

不同场景下，PWM 控制的"是什么" ​

占空比与效果对照 ​

7.2 MSPM0G3519 的 PWM 实现 ​

PWM 频率和占空比计算 ​

天巧星 PWM 引脚速查 ​

7.3 SysConfig 配置 PWM 输出 ​

7.3.1 基础 PWM 配置 ​

7.4 PWM 相关函数 ​

7.5 实验一：LED 呼吸灯 ​

7.6 实验二：蜂鸣器驱动 ​

SysConfig 配置蜂鸣器 PWM ​

音调频率参考 ​

播放简单音调序列 ​

7.7 动态调节 PWM ​

7.8 知识总结 ​