在电子工程领域，步进电机的应用十分广泛，尤其是在制作使用全向轮的机器人底盘时，步进电机的高精度特性显得尤为重要。因为对于全向轮而言，电机的精度是影响机器人底盘运行效果的关键因素。步进电机的一大优点是可以不使用编码器，通过开环控制就能达到高精度的效果。
PWM（脉冲宽度调制）有两个重要参数，即周期与占空比。步进电机的运动方式是每收到一个脉冲，就旋转指定的角度，所以影响电机速度的参数就是 PWM 的频率。下面通过附图来详细说明调整占空比与调整周期的区别。
周期固定，调整占空比
图中有 4 个 PWM，它们的周期相同，但占空比从 80% 至 20% 不等。可以看到，无论占空比为多少，在 1s 内，它们产生的高电平数量是一样的，也就是说 PWM 的频率是一致的。因此，仅调整占空比无法调整步进电机的速度，因为步进电机的速度仅与 PWM 的频率有关。
占空比固定，调整周期
图中的 4 个 PWM 占空比都固定为 50%，但周期不同。由此可见，即使占空比固定，只要动态调整周期，PWM 就能在相同时间内产生数量不同的脉冲。所以，固定占空比，动态调整 PWM 周期，就可以达到控制步进电机速度的效果。
基于 STM32 的实现
在 STM32F1 中，定时器具有 PWM 模式，可用于产生 PWM。不过，STM32 的 PWM 模式在确定时基单元（即确定 PWM 周期）后，改变输出比较寄存器只能改变 PWM 的占空比。若要改变 PWM 周期，就需要不停地改变定时器的时基单元，但时基单元与硬件相关，不适合频繁变更。因此，步进电机的调速不适合使用 STM32 下定时器的 PWM 模式来控制。经过多方查找资料，确定了一种利用输出比较控制 PWM 周期的方式。
利用输出比较产生频率可变的 PWM
利用输出比较产生频率可变的 PWM，其原理如下：
首先，配置定时器时基单元，确定脉冲长度单位 CK。然后，开启定时器的输出比较，设置模式为翻转模式，并开启输出比较中断。将定时器内计数器 CNT 当前值，加上脉冲长度 X（单位为 CK），写入输出比较寄存器。在 X 个 CK 后，会触发输出比较中断，同时电平翻转。在中断中再次将当前计数器 CNT 的值，加上脉冲长度 X，写入输出比较寄存器，如此往复，就可以得到一个占空比为 50%，周期为 2X 个 CK 的 PWM。
确定单位 CK，配置时基单元
要先确定一个的间隔 CK，规定 PWM 的高电平长度和低电平长度的单位都是 CK，即高电平的长度一定是 CK 的整数倍，低电平也是如此。然后配置定时器的时基单元，通过 CK 的长度确定预分频系数。已知 STM32F103 的主频为 72MHZ，则时基单元中预分频系数为：
PSC = 72M / (1/CK)
例如，若确定的 CK 长度为 10us（0.00001s），可得出方程。预分频系数确定为 720 后，由高速晶振产生的 72MHZ 的时钟信号被 720 分频，得到 100000HZ 的时钟信号，即时钟信号每秒变动 100000 次，每次 10us。同时可将重装载值设定为 0XFFFF（16 位定时器的值），因为本次使用的输出比较模式不使用更新中断，该值可随意设置。
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0XFFFF;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 720;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
开启输出比较通道，设置输出比较模式为翻转模式，并配置 NVIC，开启输出比较中断，配置输出比较通道
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Toggle;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
开启输出比较中断，配置 NVIC 优先级：
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_CC1, ENABLE);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
编写中断服务函数
在输出比较中断中，要做的事情就是把当前 CNT 的值取出，加上脉冲长度 X，写入输出比较寄存器。当计数器达到 0XFFFF（之前设定的重装载值）后，再加一会自动变为 0。例如，当前 CNT 值为 0XFFFF，脉冲长度为 5，很明显，输出比较寄存器应设置为 0X0004 才可触发下中断，而不是 0X10004，这样会造成溢出。因此将 CNT 的值与脉冲长度相加后，需要取 0XFFFF 的余数后，再写入输出比较寄存器。
int t_m = 5; // 低电平和高电平的长度
void TIM2_IRQHandler(void) {
if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC1) != RESET) {
TIM_SetCompare1(TIM2, (TIM2->CNT + t_m) % 0XFFFF);
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC1);
}
}
