如何通過STM32的定時(shí)器輸出PWM？

本文將介紹通過STM32的定時(shí)器輸出PWM，如果對定時(shí)器不太熟悉的同學(xué)可以看下之前的文章《STM32基礎(chǔ)定時(shí)器詳解》，關(guān)于定時(shí)器的基礎(chǔ)功能不再詳解。

01 PWM介紹

PWM定義：脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation，PWM）簡稱脈寬調(diào)制。通俗講，PWM是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。

占空比定義：占空比就是高電平所占整個(gè)周期的時(shí)間，如下圖所示:

第一個(gè)PWM波，周期為10ms，高電平的時(shí)間為4ms，所以占空比為40%，同理第二個(gè)PWM波為60%，第三個(gè)為80%。

PWM的頻率：PWM的頻率的整個(gè)周期的倒數(shù)，所以說上圖PWM的周期為1/0.01，也就是100HZ。改變PWM的頻率是通過改變整個(gè)的周期實(shí)現(xiàn)的。所以通過改變高低電平總共的時(shí)間、改變高電平占總周期的比例就可以實(shí)現(xiàn)任意頻率、任意占空比的PWM波。

PWM的用途和優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)調(diào)速、功率調(diào)制、PID調(diào)節(jié)、通信等等，配置簡單、抗干擾能力強(qiáng)，從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。并且讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小，噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響，這是PWM用于通信的主要原因。

02 STM32的管腳復(fù)用

STM32沒有專門的PWM引腳，所以使用IO口的復(fù)用模式。首先確認(rèn)PWM功能的輸出管腳，使用定時(shí)器9。從下面的框圖中得知，timer9只有兩個(gè)輸出通道，所以timer9只能輸出兩路PWM。

在STM32F207數(shù)據(jù)手冊中的Alternatefunction mapping圖片中，timer9的兩個(gè)通道分別可以復(fù)用為PA2，PA3，PE5和PE6。

03 STM32輸出PWM原理

下圖中的①部分，在《STM32基礎(chǔ)定時(shí)器詳解》講解過了，關(guān)于影子寄存器，也在《STM32影子寄存器》中講述，下文不再贅述了。本文將重點(diǎn)在②部分，捕獲/對比通道講解，其中STM32的PWM就是利用對比通道實(shí)現(xiàn)的。

Pulse Width Modulation mode allows you to generate a signal with afrequency determined by the value of the TIMx_ARR register and a dutycycle determined by the value of the TIMx_CCRx register。 節(jié)選自STM32F207 Reference manual手冊

脈沖寬度調(diào)制模式可以生成一個(gè)信號，該信號頻率由TIMx_ARR 寄存器值決定，其占空比則由TIMx_CCRx 寄存器值決定。

從下圖可以看出，當(dāng)CCR寄存器和CNT計(jì)數(shù)器數(shù)值一樣時(shí)，會產(chǎn)生動作（改變通道對應(yīng)的GPIO電平）。由于CNT溢出時(shí)，重載值由TIMx_ARR寄存器值決定的。所以說TIMx_ARR寄存器值決定周期，而TIMx_CCRx寄存器值決定CNT溢出時(shí)，經(jīng)過多久會產(chǎn)生動作（改變通道對應(yīng)的GPIO電平），也就是決定了占空比。

以向上計(jì)數(shù)為例，重載值為ARR，比較值為CRRx

上圖可以看出：

0-t1段,定時(shí)器計(jì)數(shù)器TIMx_CNT值小于CCRx值,輸出低電平。

t1-t2段,定時(shí)器計(jì)數(shù)器TIMx_CNT值大于CCRx值,輸出高電平。

當(dāng)TIMx_CNT值達(dá)到ARR時(shí),定時(shí)器溢出,重新向上計(jì)數(shù)...循環(huán)此過程至此一個(gè)PWM周期完成。

上圖更加形象的說明了

信號頻率由TIMx_ARR 寄存器值決定。

占空比則由TIMx_CCRx 寄存器值決定。

STM32輸出PWM的過程：

1、首先配置GPIO，配置定時(shí)器，具體參考一下代碼。定時(shí)器配置參考《STM32基礎(chǔ)定時(shí)器詳解》。

2、捕獲/比較通道使能比較通道。

上圖看到，①寄存器名字為：Capture/Compare1register。可以選擇從②處輸入捕獲，也可以選擇從從③中輸出，也就是我們需要的PWM輸出功能。選擇捕獲通道，還是選擇比較通道，在框圖中沒有找到具體的說明，但在TIMx_CCMR1寄存器CC1S[1:0]控制位使能。

3、使能完輸出，就要配置PWM輸出了

①TIMx_CCMR1寄存器的OC1M[2:0]位,設(shè)置輸出模式控制器

110：PWM模式1，111：PWM模式2。

②計(jì)數(shù)器值TIMx_CNT與通道1捕獲比較寄存器CCR1進(jìn)行比較,通過比較結(jié)果輸出有效電平和無效電平。

OC1REF=0 無效電平，OC1REF=1無效電平。

③通過輸出模式控制器產(chǎn)生的信號。TIMx_CCER寄存器的CC1P位,設(shè)置輸入/捕獲通道1輸出極性。

0:高電平有效，1:低電平有效。

④TIMx_CCER:CC1E位控制輸出使能電路,信號由此輸出到對應(yīng)引腳。

0:關(guān)閉，1：打開。

首先對PWM模式1和PWM模式2進(jìn)行介紹：

01 模式1

在向上計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNTTIMx_CCR1時(shí)通道1為無效電平（OC1REF=0）,否則為有效電平（OC1REF=1）。

02 模式2

在向上計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNTTIMx_CCR1時(shí)通道1為有效電平，否則為無效電平。

TIMx_CNT>TIMx_CCR1時(shí)通道1為有效電平，否則為無效電平。

PWM輸出高低電平由TIMx_CCMR1:OC1M位和TIMx_CCER:CC1P位共同決定。

總結(jié)下來：

模式1:

CNT

CNT>CCR為無效電平//(OC1REF =0)

模式2:

CNT

CNT>CCR為有效電平//(OC1REF =1)

CC1P:

0:高電平有效

1:低電平有效

04 STM32輸出PWM配置

分析了原理，那么下面就分析STM32生成PWM的過程。

1、首先要將GPIO設(shè)置為復(fù)用輸出

/* GPIOE clock enable */RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE,ENABLE); /* GPIOE Configuration: TIM9 CH2(PE6)*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 |GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_100MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_OType =GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure); /*Connect TIM9 pins to AF3 */ GPIO_PinAFConfig(GPIOE,GPIO_PinSource5, GPIO_AF_TIM9);GPIO_PinAFConfig(GPIOE,GPIO_PinSource6, GPIO_AF_TIM9);

2、配置定時(shí)器向上計(jì)數(shù)，配置定時(shí)器頻率

/* TIM9 clock enable */RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM9,ENABLE); /* Compute the prescaler value */PrescalerValue= (uint16_t) ((SystemCoreClock) / 2000000) - 1; /* Timebase configuration */TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =1000-1;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =PrescalerValue;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode =TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM9,&TIM_TimeBaseStructure);3、配置PWM輸出 上面分析過程較為麻煩，ST提供了標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫，我們只需要配置TIM_OCInitTypeDef結(jié)構(gòu)體即可。

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; /* PWM Modeconfiguration: Channel1 */TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode =TIM_OCMode_PWM1;TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState =TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =100-1;TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity =TIM_OCPolarity_High; TIM_OC1Init(TIM9,&TIM_OCInitStructure);TIM_OC1PreloadConfig(TIM9,TIM_OCPreload_Enable);

TIM_OCInitTypeDef結(jié)構(gòu)體解析

typedef struct{ uint16_t TIM_OCMode; //PWM模式1或者模式2 uint16_t TIM_OutputState; // 輸出使能OR失能 uint16_t TIM_OutputNState; // PWM輸出不需要 uint32_t TIM_Pulse; // 比較值 uint16_t TIM_OCPolarity;// 比較輸出極性 uint16_t TIM_OCNPolarity; // PWM輸出不需要 uint16_t TIM_OCIdleState;// PWM輸出不需要 uint16_t TIM_OCNIdleState; // PWM輸出不需要}TIM_OCInitTypeDef;

其中TIM_Pulse可以在初始化時(shí)設(shè)置，設(shè)置完畢后，也可以通過以下接口再次更新。

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t Compare1)

4、使能定時(shí)器

TIM_ARRPreloadConfig(TIM9, ENABLE); /* TIM9 enable counter*/TIM_Cmd(TIM9,ENABLE);

使用timer9輸出PWM的波形。

原文標(biāo)題：STM32 PWM輸出

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