學完本章你將能夠：

  • 用 TIM PWM 產生可變佔空比，驅動 LED 亮度與直流風扇。

  • 產生 50 Hz、1–2 ms 脈寬控制 SG90 伺服（開門／關門）。

  • 解釋 ARR、PSC、CCR 三個暫存器如何決定頻率與佔空比。

  • 把亮度與轉速限制在安全範圍，避免「口令說 1000%」寫爆比較值。

GPIO 只能全開全關。燈光調光、風扇轉速、舵機角度都需要脈衝寬度 調變（PWM）：固定週期、改變高電平時間。STM32 的通用／進階計時器就是 做這件事的硬體。

ARR、PSC、CCR

計時器時鐘 \(f_{\mathrm{tim}}\) 先經預分頻器 PSC，再數到自動重載 ARR 就更新一次：

\[f_{\mathrm{pwm}} = \frac{f_{\mathrm{tim}}}{(PSC+1)(ARR+1)}\]

佔空比 \(\approx \mathrm{CCR}/(ARR+1)\)。實務設定：

  • LED／風扇：20 kHz 左右，避開人耳可聽範圍；ARR 取 999，CCR 0–999 對應 0–100%。

  • SG90：週期 20 ms（50 Hz）。0\(^\circ\) 約 0.5–1 ms， 180\(^\circ\) 約 2–2.5 ms（以你手上的舵機規格為準）。

CubeMX：把某根支援 TIM 的腳設為 TIM_CH1，參數填 PSC／ARR， 產生後 |HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1)|，再用 |__HAL_TIM_SET_COMPARE| 改 CCR。

直流風扇與 MOSFET

12 V 風扇由邏輯電平 N-MOSFET（例如 IRLZ44N 對 5 V 友善；3.3 V 請選 邏輯閘極型號）低端開關。PWM 打在閘極，源極接地，汲極接風扇負端，風扇 正端接 12 V。務必加飛輪二極體。

有些風扇在低佔空比時會 stalled（轉不動但耗電流）。軟體應設最低轉速 （例如 25%），或先全開 300 ms 再降到目標值（soft-start）。

伺服：角度對應脈寬

/* 1 MHz 計時 => 1 tick = 1 us，ARR = 19999 => 20 ms */ static uint16_t servo_us_to_ccr(uint16_t us) if (us < 500) us = 500; if (us > 2500) us = 2500; return us; /* 因為 1 tick = 1 us */

void dev_door_set_angle(uint8_t deg) if (deg > 180) deg = 180; uint16_t us = (uint16_t)(500U + ((uint32_t)deg * 2000U) / 180U); __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_2, servo_us_to_ccr(us));

開門／關門不要瞬間對打：在任務裡用 20–40 ms 步進，或限制指令頻率。 機構卡住時電流會飆，課程用 SG90 小負載即可，不要接真正的大門電機。

實驗：序列埠調光與開門

firmware/lab03_pwm_fan_motor/。協定： l 40 亮度 40%、f 70 風扇 70%、d 0/d 90 門角度、a 全關。

上層仍走 |dev_*|。PWM 細節關在 dev_pwm.c。若沒有 12 V 電源，把風扇腳改接 LED，用亮度模擬轉速，邏輯完全相同。

void dev_set_percent(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t ch, uint16_t arr, uint8_t percent) if (percent > 100) percent = 100; uint32_t ccr = ((uint32_t)percent * arr) / 100U; __HAL_TIM_SET_COMPARE(htim, ch, ccr);

實作「亮一點／暗一點」：每次加減 15%，飽和在 0 與 100。這正好對應 語音指令 CMD_LIGHT_UP / DOWN。再量一次 PWM 腳的 頻率，確認是 20 kHz 而不是 20 Hz（PSC 填錯一個零是經典事故）。