STM32学习笔记一一PWM 输出

2017/07/09 STM32

1.PWM 简介

脉冲宽度调制(PWM),是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。即对脉冲宽度的控制。

STM32 的定时器除了 TIM6 和 7。其他的定时器都可以用来产生 PWM 输出。其中高级定时器 TIM1 和 TIM8 可以同时产生多达 7 路的 PWM 输出。而通用定时器也能同时产生多达 4路的 PWM 输出,这样,STM32 最多可以同时产生 30 路 PWM 输出!

2.相关寄存器

除了定时器章节介绍的几个寄存器( ARR、PSC、 CR1 等) 外,还会用到 4 个寄存器(通用定时器则只需要 3 个),来控制 PWM 的输出。这四个寄存器分别是:捕获/比较模式寄存器( TIMx_CCMR1/2)、捕获/比较使能寄存器( TIMx_CCER)、捕获/比较寄存器( TIMx_CCR1~4) 以及刹车和死区寄存器( TIMx_BDTR)。

(1)捕获/比较模式寄存器( TIMx_CCMR1/2)

该寄存器总共有 2 个, TIMx _CCMR1和 TIMx _CCMR2。TIMx_CCMR1 控制 CH1 和 2,而 TIMx_CCMR2 控制 CH3 和 4。该寄存器的各位描述如下:

这里写图片描述

寄存器分了 2层,上面一层对应输出时的设置而下面的则对应输入时的设置。模式设置位 OCxM,此部分由 3 位组成。总共可以配置成 7 种模式,我们使用的是 PWM 模式,这 3 位必须设置为110/111。这两种 PWM 模式的区别就是输出电平的极性相反。 另外 CCxS 用于设置通道的方向(输入/输出)默认设置为 0,就是设置通道作为输出使用。

110:PWM模式1在,向上计数时,一旦TIMx_CNT < TIMx_CCR1时通道1为有效电平,否则为无效电平;在向下计数时,一旦TIMx_CNT > TIMx_CCR1时通道1为无效电平(OC1REF=0),否则为有效电平(OC1REF=1)。

111:PWM模式2-在向上计数时,一旦 TIMx_CNT < TIMx_CCR1时通道1为无效电平,否则为有效电平;在向下计数时,一旦TIMx_CNT > TIMx_CCR1时通道1为有效电平,否则为无效电平。

(2)捕获/比较使能寄存器( TIMx_CCER)

这里写图片描述

这里只用到了 CC1E 位,该位是输入/捕获 1 输出使能位,要想PWM 从 IO 口输出,这个位必须设置为 1。

(3)捕获/比较寄存器( TIMx_CCR1~4)

该寄存器总共有 4 个,对应 4 个输通道 CH1~4。

这里写图片描述

在输出模式下,该寄存器的值与 CNT 的值比较,根据比较结果产生相应动作。利用这点,我们通过修改这个寄存器的值,就可以控制 PWM 的输出脉宽了。

(4)刹车和死区寄存器( TIMx_BDTR)

如果是通用定时器,则配置以上三个寄存器就够了,但是如果是高级定时器,则还需要配置:刹车和死区寄存器( TIMx_BDTR)。

这里写图片描述

该寄存器,我们只需要关注最高位: MOE 位,要想高级定时器的 PWM 正常输出,则必须设置 MOE 位为 1,否则不会有输出。注意:通用定时器不需要配置这个。

3.PWM 输出配置步骤(通过 TIM1_CH1 输出PWM 来控制 DS0 的亮度)

1) 开启 TIM1 时钟,配置 PA8 为复用输出。

要使用 TIM1,我们必须先开启 TIM1 的时钟,这里我们还要配置 PA8 为复用输出(当然还要时能 PORTA 的时钟),这是因为 TIM1_CH1 通 道将使用 PA8 的复用功能作为输出。

库函数使能 TIM3 时钟的方法是:

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //使能定时器 3 时钟

然后设置 PA8 为复用功能输出的。

注:不同的TIMx有分配不同的引脚

2)设置 TIM1 的 ARR 和 PSC。

在开启了 TIM1 的时钟之后,我们要设置 ARR 和 PSC 两个寄存器的值来控制输出 PWM 的周期。当 PWM 周期太慢(低于 50Hz)的时候,我们就会明显感觉到闪烁了。因此, PWM 周期在这里不宜设置的太小。这在库函数是通过 TIM_TimeBaseInit 函数实现的,调用的格式为:

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置自动重装载值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化 TIMx 的

3) 设置 TIM1_CH1 的 PWM 模式及通道方向, 使能 TIM1 的 CH1 输出。

接下来,我们要设置 TIM1_CH1 为 PWM 模式(默认是冻结的),因为我们的 DS0 是低电平亮,而我们希望当 CCR1 的值小的时候, DS0 就暗, CCR1 值大的时候, DS0 就亮,所以我们要通过配置TIM1_CCMR1 的相关位来控制 TIM1_CH1 的模式。

在库函数中, PWM 通道设置是通过函数 TIM_OC1Init()~TIM_OC4Init()来设置的,不同的通道的设置函数不一样,这里我们使用的是通道 1,所以使用的函数是 TIM_OC1Init()。

void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);

结构体 TIM_OCInitTypeDef的定义:

typedef struct
{
uint16_t TIM_OCMode;
uint16_t TIM_OutputState;
uint16_t TIM_OutputNState; */
uint16_t TIM_Pulse;
uint16_t TIM_OCPolarity;
uint16_t TIM_OCNPolarity;
uint16_t TIM_OCIdleState;
uint16_t TIM_OCNIdleState;
} TIM_OCInitTypeDef;

相关的几个成员变量:

参数 TIM_OCMode :设置模式是 PWM 还是输出比较;

参数 TIM_OutputState: 设置比较输出使能,也就是使能 PWM 输出到端口;

参数 TIM_OCPolarity: 设置极性是高还是低;

其他的参数 TIM_OutputNState, TIM_OCNPolarity,TIM_OCIdleState 和 TIM_OCNIdleState 是高级定时器 TIM1 和 TIM8 才用到的。

要实现我们上面提到的场景,方法是:

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择 PWM 模式 2
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性高
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //初始化 TIM1 OC1

4) 使能 TIM1

在完成以上设置了之后,我们需要使能 TIM1。使能 TIM1 的方法:

TIM_Cmd(TIM1, ENABLE); //使能 TIM1

5) 设置 MOE 输出,使能 PWM 输出。

普通定时器在完成以上设置了之后, 就可以输出 PWM 了,但是高级定时器,我们还需要使能刹车和死区寄存器( TIM1_BDTR)的 MOE 位,以使能整个 OCx(即 PWM)输出。 库数的设置函数为:

TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);// MOE 主输出使能

6) 修改 TIM1_CCR1 来控制占空比

最后,在经过以上设置之后, PWM 其实已经开始输出了,只是其占空比和频率都是固定的,而我们通过修改 TIM1_CCR1 则可以控制 CH1 的输出占空比。继而控制 DS0 的亮度。

在库函数中,修改 TIM1_CCR1 占空比的函数是:

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1);

理所当然,对于其他通道,分别有一个函数名字,函数格式为 TIM_SetComparex(x=1,2,3,4)。

通过以上 6 个步骤,我们就可以控制 TIM1 的 CH1 输出 PWM 波了。

4.实例学习

实现:通过 TIM1_CH1 输出PWM 来控制 DS0 的亮度变化

//PWM输出初始化
//arr:自动重装值
//psc:时钟预分频数
void TIM1_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{  
	 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);// 使能TIM1时钟
 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);  //使能GPIO外设时钟使能
	                                                                     	

   //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM1 CH1的PWM脉冲波形
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; //TIM_CH1
	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);

	
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值	 80K
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  不分频
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位

 
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
	TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx

	TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);	//MOE 主输出使能	

	TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);  //CH1预装载使能	 
	
	TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE); //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器
	
	TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);  //使能TIM1
 
   
}

******主函数控制 ******

int main(void)
 {	
	u16 led0pwmval=0;    
	u8 dir=1;	
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	LED_Init();		  	//初始化与LED连接的硬件接口
	TIM1_PWM_Init(899,0);//不分频。PWM频率=72000/(899+1)=80Khz 
   	while(1)
	{
 		delay_ms(10);	 
		if(dir)
			led0pwmval++;
		else 
			led0pwmval--;	 
 		if(led0pwmval>300)
			dir=0;
		if(led0pwmval==0)
			dir=1;	   					 
		TIM_SetCompare1(TIM1,led0pwmval);	   
	} 
}
//控制 LED0_PWM_VAL 的值从 0 变到 300,然后又从 300 变到 0,如此循环,因此 DS0 的亮度也会跟着从暗变到亮,然后又从亮变到暗。

5.仿真调试

(1)配置

这里写图片描述

这里写图片描述

结果:

这里写图片描述

6.参考

1.STM32学习笔记(5):通用定时器PWM输出

2. STM32 PWM输出函数

3.STM32 PWM的输出与Keil软件仿真

4.原子库函数手册

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