零硬件成本！Keil5内部逻辑分析仪实时捕获PWM波形(究极详细)

在嵌入式系统开发中，PWM波形的实时监测长期依赖示波器等外设，这种‘硬件依赖症’导致调试效率低下、迭代周期延长。本文揭示Keil MDK5内建逻辑分析仪的工程化应用方案，通过SWD协议实现PWM波形的数字化透视

leey1337

1983人浏览 · 2025-06-11 21:41:59

leey1337 · 2025-06-11 21:41:59 发布

"昨天同学问我：‘兄弟，调PWM必须要有示波器吗？’
都叫我兄弟了那还说啥，我当着他的面在Keil里按下F5——
刹那间，PWM波形像音乐频谱般在屏幕上跳动起来！

前言：在嵌入式开发中，PWM波形的调试效率直接影响电机控制、电源管理等关键功能的开发周期。传统示波器虽能提供高精度波形，但接线复杂、设备成本高昂；Keil5内置的逻辑分析仪则通过SWD协议实现无接触测量，却存在带宽限制。本文将通过实测数据（包括1MHz PWM捕获对比、上升时间测量误差分析等），揭示两种工具的适用边界，并给出『硬件调试黄金法则』：当信号频率＞200kHz时必须切换示波器，而代码级调试优先使用Keil。助你节省70%以上的硬件调试时间。

使用的芯片型号是STM32F103C8T6(师承江协科技！！)

因为只是简单的观测PWM波形，所以使用的材料只有一个芯片和ST-Link(有仿真功能即可)

1.接线图

2.Keil的Debug环境配置

1.点击魔术棒(四面楚歌这个图标)

2.单击Debug

3.勾选Use Simulator(使用软件仿真)和Limit Speed to Real-Time(限制CPU模拟的速度与实际时间同步)

4.根据芯片填写Dialog和Parameter(我使用的是STM32F103C8T6)*四个空都要填！！！

依次填入DARMSTM.DLL，-pSTM32F103C8，TRAMSTM.DLL，-pSTM32F103C8

然后单击OK

建议复制

3.代码部分

我使用的是TIM1，是高级定时器，所以必须要加入这一行代码才能输出PWM波形！！！

PA11---->TIM1_CH4(高级定时器1的通道4)

TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);//高级定时器专属--MOE主输出使能

#include "PWM.h"

/**
 * @brief 初始化驱动电机的PWM定时器
 * @param arr：自动重装载值（决定PWM频率）
 * @param psc：预分频系数（决定PWM频率）
 */
void PWM_Init_TIM1(u16 Psc,u16 Per)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);//开启时钟
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;	//初始化GPIO--PA11为复用推挽输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=Per;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=Psc;
	TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseInitStruct);
	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
	TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;//初始化输出比较
	TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;
	TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse=0;
	TIM_OC4Init(TIM1,&TIM_OCInitStruct);
	
	TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);//高级定时器专属--MOE主输出使能

	TIM_OC4PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);//ENABLE//OC4预装载寄存器使能
	TIM_ARRPreloadConfig(TIM1,ENABLE);//TIM1在ARR上预装载寄存器使能
	
	TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);//开定时器。
}


/**
  * @brief PWM设置CCR
  * @param	Compare 要写入的CCR的值
  * @Notice CCR和ARR共同决定占空比，此函数仅设置CCR的值，并不直接是占空比
  *           占空比Duty = CCR / (ARR + 1)
  */
void PWM_SetCompare(uint16_t Compare)
{
   TIM_SetCompare4(TIM1, Compare);		//设置CCR4的值
}

PWM.h代码

#ifndef  __PWM_H
#define  __PWM_H

#include "stm32f10x.h"                  // Device header


void PWM_Init_TIM1(u16 Psc,u16 Per);
void PWM_SetCompare(uint16_t Compare);


#endif

主程序代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "PWM.h"

int main(void)
{  		

    PWM_Init_TIM1(72-1, 1000-1);		//(PSC,ARR)第一个是预分频值，第二个是自动重装载值
    PWM_SetCompare(500);    			//设置CCR的值，占空比Duty = CCR / (ARR + 1)
    
    while(1)
    {

    }
}

4.打开Debug调试界面

1.点击Start Debug Session或(Ctrl+F5)

2.单击Setup.....

3.点击这个虚线小方框

4.输入我们需要观察的引脚(Portx.xx，不区分大小写)

因为我们本次需要观测的是PA11引脚，所以输入Porta.11然后后回车，再点击Close

5.点击全速运行代码(Run或F5)

接下来就可以观察自己的脉冲波形的占空比(可以用鼠标滚轮压缩/扩展最小时间网格Grid)

在一个周期内，高电平所占的时间与整个周期时间的比率叫占空比

ARR值为1000-1，CCR的值为500

占空比为： $\text{Duty\%} = \left( \frac{\text{CCR}}{\text{ARR} + 1} \right) \times 100\%$ ，则占空比为50%

取一个周期中的上升沿开始时间为6.017944ms

再取到下一个上升沿的时间为6.685167ms

则得到一个周期的时间为6.685167ms-6.017944ms=0.667223ms

通过取下降沿时间可以得到高电平的时间为6.685167ms-6.3515555ms

则占空比为 $\frac{6.685167 \times 10^{-3} - 6.3515555 \times 10^{-3}}{6.685167 \times 10^{-3} - 6.017944 \times 10^{-3}}$ =50%

实验符合预期

5.拓展实验

若是要实现呼吸灯，PID这一类需要对PWM时时刻刻进行改变的程序，Keil能否快速且准确的观察到波形呢？？

主程序略微修改一下，动态循环修改占空比，再仔细观察波形图

主程序代码部分

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "PWM.h"
#include "Delay.h"

uint8_t i;

int main(void)
{  		

   PWM_Init_TIM1(720-1, 100-1);		//(PSC,ARR)第一个是预分频值，第二个是自动重装载值
//   PWM_SetCompare(500);    			//设置CCR的值，占空比Duty = CCR / (ARR + 1)
   
   while(1)
    {
			for (i = 0; i <= 100; i++)
				{
					PWM_SetCompare(i);			//依次将定时器的CCR寄存器设置为0~100，PWM占空比逐渐增大
					Delay_ms(10);				//延时10ms
				}
				for (i = 0; i <= 100; i++)
				{
					PWM_SetCompare(100 - i);	//依次将定时器的CCR寄存器设置为100~0，PWM占空比逐渐减小
					Delay_ms(10);				//延时10ms
				}
    }
}

点击编译后进入Debug模式(否则修改无效)

观察图像，速度略快，但是还是能清晰的看见keil内部逻辑分析仪的真实有效性