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基于STM32的Timer 结合 DMA 2D 通道实现不同波形输出

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STMCU小助手 发布时间:2023-10-27 16:14
01问题背景
客户需要使用 MCU 输出正弦波,但受限于 MCU DAC 数量不足,建议尝试使用 PWM加滤波方式产生正弦波。同时要求正弦波与固定电平交替输出。因此可用一个 TIM 输出PWM,同时用另一个 TIM 来定时切换输出正弦波或固定电平。

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使用 TIM 输出 PWM 产生正弦波形时,需要结合 GPDMA 来实现。在 STM32U5 系列中,GPDMA 共有 16 个独立通道,其中 12-15 通道还具有 2D addressing/ repeat 功能。因此也可以使用一个 TIM 加 GPDMA 的一个 2D 通道实现 PWM 波形切换功能。

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02产生PWM
本文按以下配置产生 PWM,在 U575 NUCLEO 板测试:
(1)MCU 主频:100MHz
(2)PWM 频率 2MHz(周期 500ns),脉宽可调范围 0~50 个计数时钟,
(3)每个正弦波周期(10us)对应 20 个 PWM 脉冲,各 PWM 脉宽用计数时钟表示分别为:25, 33, 40, 45, 49, 50, 49, 45, 40, 33, 25, 17, 10, 5 , 1 , 0 , 1 , 5 , 10, 17
(4)将步骤 3 中的正弦波重复 1000 次,对应 10ms 的连续正弦波形
0 x, J; d" u0 w
2.1. STM32CubeMX 生成测试工程
& p" b! U( C( U3 N" d# X: {, D* h  z/ x
2.1.1. TIM1 CH1 PWM 配置
6 i1 x' m5 B0 e6 p
微信图片_20231027161312.png 5 O+ _! o: S7 T& W& |5 b6 L. K) k
图1. TIM1 CH1 PWM

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2.1.2. GPDMA CH12 配置

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选用 GPDMA 通道 12,并配置为循环模式:
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微信图片_20231027161309.png
+ I2 E  B9 |- o6 E
图2. GPDMA CH12

2 s! f* Z6 g6 S+ T3 ~4 @
2.1.3. GPDMA Linked List 配置
/ f9 Y$ z5 Q+ J- N8 h3 m. \/ L  R- N
创建 Linked List Queue,并配置为搭配 GPDMA 2D 功能通道使用。创建两个节点,TN1, TN2,并使用循环模式,指定首个循环节点为 TN1。

# ^# L$ X3 P  {1 M, @7 h0 x
微信图片_20231027161305.png
! M, \4 v  {# t. P
图3. Linked List
: G4 R! j5 m6 F# S$ Q4 H: R' `
TN1 节点配置,由此节点结合 TIM 来产生 PWM,并滤波成正弦信号:
(1)TIM1 更新事件作为 DMA 请求
(2)使能 2D 功能,一个 block 传输完成后,回退到数组起点,重新传输
(3)使能 Repeat 功能,重复 block 传输 1000 次
首先使能了 TrustZone 架构,然后将 LPGPIO 映射到了非安全区,并且配置了 DMA 链表功能,使用 LPTimer 作为触发,自动地修改 LPGPIO 的寄存器,从而达到在低功耗模式下,GPIO自动切换的功能。但遇到了 LPDMA 的配置问题,并且程序无法跳转到 Non-Secure 工程。

* s: u, f; D. Q+ I
微信图片_20231027161301.png . l# F+ d* A5 H5 q
图4. Linked List Node1

% Y2 E: N0 w8 k% [% M! W6 g
TN2 节点配置,与 TN1 节点类似,用于切换到第二组数据产生第二种波形

+ p0 J, F8 }- B! |
微信图片_20231027161258.png 1 h: Z, w$ n! q3 u' i( |8 K. Z) N
图5. Linked List Node2

8 X; [, E. {8 t- W& R& ]0 L
2.2. 测试代码
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GPDMA Linked List 模式执行流程

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微信图片_20231027161252.png ! `$ q. W. E. w
图6. Linked List 执行过程及期望输

1 _& j% f/ W+ [4 r! V, P% v" N
03PWM滤波输出

  c; ^, q6 [5 r. K% v0 f; c4 u
在 U575 NUCLEO 板上测试,结果如下:
3 l/ R' C# y: n$ V% k' g% n$ }
微信图片_20231027161248.png : v/ {1 r7 h/ e6 E$ F) m) W
图7. 实际输出
7 i' W" H8 s" l
从实测结果来看,滤波后的正弦波频率,波形持续时长都符合预期。另外,与通过额外 TIM 计时来切换 PWM 输出的方式相比,使用 Linked List repeat 这种方式,正弦波与固定电平输出之间切换更平滑。

/ |( U+ J# k! p4 a/ Y6 G
微信图片_20231027161244.png * ~- ^0 @% K  z+ B- O5 A
图8. 额外 TIM 计时来切换 PWM 输出
- j6 K, V3 D$ n, T( m! u9 O# x
04小结
通过使用 GPDMA Linked List 模式,使用 2D addressing repeat 功能,能方便实现这种多种波形切换的应用场景。如 Node1 与 Node2 使用不同的数据长度和重复次数,则可得到不同时长的两种波形;通过增加更多 Node,则可得到多种不同波形。

! U  Y$ E% Z/ R转载自: STM32单片机
1 l* |2 C& @( ]2 P4 J如有侵权请联系删除
: d% k, N: ?! I3 K
; O" v. n) r/ v* M+ c; k0 H9 q, Q& _; A$ ~8 Q5 S; i. N
收藏 评论2 发布时间:2023-10-27 16:14

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2个回答
STMWoodData 回答时间:2023-10-27 17:30:57

学习学习

xu@xupt 回答时间:2023-11-2 14:58:49

学习啦~~

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