Timer結(jié)合DMA 2D通道實(shí)現(xiàn)不同波形輸出

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問(wèn)題背景

客戶需要使用 MCU 輸出正弦波，但受限于 MCU DAC 數(shù)量不足，建議嘗試使用 PWM加濾波方式產(chǎn)生正弦波。同時(shí)要求正弦波與固定電平交替輸出。因此可用一個(gè) TIM 輸出PWM，同時(shí)用另一個(gè) TIM 來(lái)定時(shí)切換輸出正弦波或固定電平。

使用 TIM 輸出 PWM 產(chǎn)生正弦波形時(shí)，需要結(jié)合 GPDMA 來(lái)實(shí)現(xiàn)。在 STM32U5 系列中，GPDMA 共有 16 個(gè)獨(dú)立通道，其中 12-15 通道還具有 2D addressing/ repeat 功能。因此也可以使用一個(gè) TIM 加 GPDMA 的一個(gè) 2D 通道實(shí)現(xiàn) PWM 波形切換功能。

02

產(chǎn)生PWM

本文按以下配置產(chǎn)生 PWM，在 U575 NUCLEO 板測(cè)試：

（1）MCU 主頻：100MHz

（2）PWM 頻率 2MHz（周期 500ns），脈寬可調(diào)范圍 0~50 個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)鐘，

（3）每個(gè)正弦波周期（10us）對(duì)應(yīng) 20 個(gè) PWM 脈沖，各 PWM 脈寬用計(jì)數(shù)時(shí)鐘表示分別為：25, 33, 40, 45, 49, 50, 49, 45, 40, 33, 25, 17, 10, 5 , 1 , 0 , 1 , 5 , 10, 17

（4）將步驟 3 中的正弦波重復(fù) 1000 次，對(duì)應(yīng) 10ms 的連續(xù)正弦波形

2.1. STM32CubeMX 生成測(cè)試工程

2.1.1. TIM1 CH1 PWM 配置

圖1. TIM1 CH1 PWM

2.1.2. GPDMA CH12 配置

選用 GPDMA 通道 12，并配置為循環(huán)模式：

圖2. GPDMA CH12

2.1.3. GPDMA Linked List 配置

創(chuàng)建 Linked List Queue，并配置為搭配 GPDMA 2D 功能通道使用。創(chuàng)建兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，TN1, TN2，并使用循環(huán)模式，指定首個(gè)循環(huán)節(jié)點(diǎn)為 TN1。

圖3. Linked List

TN1 節(jié)點(diǎn)配置，由此節(jié)點(diǎn)結(jié)合 TIM 來(lái)產(chǎn)生 PWM，并濾波成正弦信號(hào)：

（1）TIM1 更新事件作為 DMA 請(qǐng)求

（2）使能 2D 功能，一個(gè) block 傳輸完成后，回退到數(shù)組起點(diǎn)，重新傳輸

（3）使能 Repeat 功能，重復(fù) block 傳輸 1000 次

首先使能了 TrustZone 架構(gòu)，然后將 LPGPIO 映射到了非安全區(qū)，并且配置了 DMA 鏈表功能，使用 LPTimer 作為觸發(fā)，自動(dòng)地修改 LPGPIO 的寄存器，從而達(dá)到在低功耗模式下，GPIO自動(dòng)切換的功能。但遇到了 LPDMA 的配置問(wèn)題，并且程序無(wú)法跳轉(zhuǎn)到 Non-Secure 工程。

圖4. Linked List Node1

TN2 節(jié)點(diǎn)配置，與 TN1 節(jié)點(diǎn)類似，用于切換到第二組數(shù)據(jù)產(chǎn)生第二種波形

圖5. Linked List Node2

2.2. 測(cè)試代碼

GPDMA Linked List 模式執(zhí)行流程

圖6. Linked List 執(zhí)行過(guò)程及期望輸

03

PWM濾波輸出

在 U575 NUCLEO 板上測(cè)試，結(jié)果如下：

圖7. 實(shí)際輸出

從實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，濾波后的正弦波頻率，波形持續(xù)時(shí)長(zhǎng)都符合預(yù)期。另外，與通過(guò)額外 TIM 計(jì)時(shí)來(lái)切換 PWM 輸出的方式相比，使用 Linked List repeat 這種方式，正弦波與固定電平輸出之間切換更平滑。

圖8. 額外 TIM 計(jì)時(shí)來(lái)切換 PWM 輸出

04

小結(jié)

通過(guò)使用 GPDMA Linked List 模式，使用 2D addressing repeat 功能，能方便實(shí)現(xiàn)這種多種波形切換的應(yīng)用場(chǎng)景。如 Node1 與 Node2 使用不同的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和重復(fù)次數(shù)，則可得到不同時(shí)長(zhǎng)的兩種波形；通過(guò)增加更多 Node，則可得到多種不同波形。






審核編輯：劉清