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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。

4 E& T2 h9 N: u
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。
6 X- [) s" B; M) i
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

( n0 ^( i  N; x* x7 k$ f  I
2.1. STM32CubeMX 生成测试工程

, Q" i, q( N: ~* M
2.1.1. TIM1 CH1 PWM 配置
- J% F+ }7 D' I( N. h
微信图片_20231027161312.png * \' G; s2 L  p# l% w8 u3 Z; M1 a
图1. TIM1 CH1 PWM
6 C+ Q0 P( b. L4 d/ i3 [2 x
2.1.2. GPDMA CH12 配置

8 E1 `) y  L" F& ^% j& `' C
选用 GPDMA 通道 12,并配置为循环模式:
* \7 E+ U# z/ c* r5 P
微信图片_20231027161309.png
4 j& Z" Q8 r2 s; g! N; O# }
图2. GPDMA CH12
8 M0 @4 B+ ?( M! I" l
2.1.3. GPDMA Linked List 配置
5 u1 N+ C( i2 k% S7 ]
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。
7 x) A: z8 ~" U2 T
微信图片_20231027161305.png $ ~  |! P5 g4 g0 }  `: L. p
图3. Linked List

: k7 K$ e/ o' X% X
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。
! l& B) C  c' P  l1 n5 ?% [) Z6 r
微信图片_20231027161301.png ! X) B6 D4 y& f" G$ S
图4. Linked List Node1
" R* `) v) x8 v! N1 W8 _) U5 C
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

, k! E* y8 q; r- @
微信图片_20231027161258.png 0 J6 o: B& k# S( c
图5. Linked List Node2

% n. D4 X1 g. V% {, O
2.2. 测试代码

9 u1 I: y/ c( u, C& }' D0 R( x
微信图片_20231027161255.png
/ ]8 y/ y) Z+ z+ i5 u* H

# n6 K; O2 E  M" |5 [
GPDMA Linked List 模式执行流程

9 G( M/ n/ k/ Q1 c  k6 ?) W$ n
微信图片_20231027161252.png 2 v# C( p" _& e' d9 ^
图6. Linked List 执行过程及期望输
0 B3 T! U/ |3 W# J" [" F5 A
03PWM滤波输出

9 F. g  U5 {) U2 ]
在 U575 NUCLEO 板上测试,结果如下:
% G2 v  L1 y7 J! G8 }6 I
微信图片_20231027161248.png * F8 y- h- `" i
图7. 实际输出
( V% I! A7 r, c4 p) f
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。
  W: A; K/ u$ b
微信图片_20231027161244.png
6 t9 J& Q  ]3 \! q
图8. 额外 TIM 计时来切换 PWM 输出

2 f+ y2 u# N( f2 ]
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。

7 I- w* e$ G, k9 e( ]1 D转载自: STM32单片机
7 P% {$ R  l8 u( G2 t5 H+ T如有侵权请联系删除1 P% b8 `0 v( U+ P: S
: p, i8 G6 J9 E8 W3 l: A1 e
/ b! S& L9 t, C2 S! O. [
赞 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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