在 STM32F103 系列微控制器中，通过 PWM 输出模拟电压是一种常见的应用，通常需要结合外部 RC 低通滤波器 或 有源滤波电路 将 PWM 信号转换为平滑的直流电压。以下是实现方法的分步说明：

1. 硬件设计

RC 低通滤波器（基础方案）

• 电路原理：利用电阻和电容构成一阶低通滤波器，滤除 PWM 的高频成分，保留直流分量。
• 元件参数计算：
  • 截止频率公式：( f_c = \frac{1}{2\pi RC} )
  • 假设 PWM 频率为 ( f_{PWM} = 1\text{kHz} )，建议截止频率 ( f_c ) 设为 PWM 频率的 1/10~1/20（例如 50~100Hz）。
  • 示例参数：( R = 10\text{kΩ} )，( C = 10\text{μF} )，此时 ( f_c \approx 1.6\text{Hz} )，适合低频输出。
• 电路连接：

  PWM引脚 → 电阻(R) → 输出端 → 电容(C) → GND

有源滤波器（高阶滤波，推荐）

• 使用运算放大器（如 LM358）构建二阶低通滤波器，可显著减少纹波。
• 参考电路：

  PWM → 电阻 → 运放反相输入端 → 反馈网络（RC）→ 输出

  （具体设计需根据滤波需求计算）

2. 软件配置（以 TIM2 通道1 为例）

步骤 1：初始化 PWM

#include "stm32f10x.h"

void PWM_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

    // 使能时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置 GPIO（PA0 为 TIM2_CH1）
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置 TIM2 基础参数
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;          // PWM周期 = (999+1)/时钟频率
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;        // 预分频72（72MHz/72=1MHz）
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 配置 PWM 模式（通道1）
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;               // 初始占空比
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

    // 启动 TIM2
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

步骤 2：动态设置占空比

void Set_PWM_Voltage(uint16_t duty) {
    TIM_SetCompare1(TIM2, duty); // duty 范围 0~TIM_Period（例如 0~999）
}

3. 输出电压计算

• 输出电压公式：
  ( V{out} = V{DD} \times \frac{\text{占空比}}{\text{PWM周期}} )
• 示例：
  若 ( V{DD} = 3.3\text{V} )，PWM 周期为 999，设置占空比为 500： ( V{out} = 3.3 \times \frac{500}{1000} = 1.65\text{V} )

4. 注意事项

1. 滤波效果：

   • RC 滤波的纹波与 PWM 频率和滤波截止频率相关，提高 PWM 频率可减少纹波。
   • 推荐 PWM 频率 ≥1kHz，截止频率 ≤100Hz。

2. 负载影响：

   • 若负载阻抗较小，需增加电压跟随器（如运放缓冲）避免电压跌落。

3. 分辨率限制：

   • PWM 分辨率由定时器位数决定（STM32F103 定时器为 16 位），实际可用分辨率受 PWM 频率限制。

5. 替代方案（如需更高精度）

• 若 STM32F103 型号支持 DAC 模块（如某些型号的 PA4、PA5），可直接使用 DAC 输出模拟电压，无需滤波。

通过上述步骤，您可以将 PWM 信号转换为平滑的模拟电压输出。如有问题，可进一步优化滤波参数或升级为高阶滤波电路。