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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。

( V" [3 ^  X/ a% t  M  r# i/ Q2 J
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 N$ W9 c+ M3 j& P5 u. |
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
3 m: Q' i; h7 h/ |1 C
2.1. STM32CubeMX 生成测试工程

" T5 e  f' K0 h; d0 s! J: I
2.1.1. TIM1 CH1 PWM 配置
' J/ t( d4 p, _- O* E% ~" V
微信图片_20231027161312.png
% o# t# P8 K% |, f/ c$ y
图1. TIM1 CH1 PWM
! I# E1 L  U0 m; j7 N7 R
2.1.2. GPDMA CH12 配置

& z2 ^/ O( x& r- z6 I/ u1 s
选用 GPDMA 通道 12,并配置为循环模式:

9 c' L. q9 o8 s8 ^2 N
微信图片_20231027161309.png / X  j* P. m+ K* j/ m
图2. GPDMA CH12

. V6 G* A* n3 @, @/ I. S3 @3 b
2.1.3. GPDMA Linked List 配置
5 O+ Q# _& l( P& n# S
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。
/ `2 E# I/ M$ @, O% Q+ j3 X" q
微信图片_20231027161305.png 3 d9 [8 U6 v+ S7 t# h5 I9 b+ N  p
图3. Linked List

8 J( g4 o* _- u6 \  G, P
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。

# H& l0 R; e2 N+ j! K! K
微信图片_20231027161301.png . Z/ K  q" c% R% q, y8 {
图4. Linked List Node1
; H. m! B$ j4 K; A& m
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
' q: I. b1 O/ B- y
微信图片_20231027161258.png 8 \& l' j: h8 Q) I. T' f
图5. Linked List Node2

. i# {7 a, y6 X- v" c3 P
2.2. 测试代码

2 a2 g% m, W+ {# B/ F) u* @" q
微信图片_20231027161255.png
- X# m* X# x) S6 j5 }

" h) f1 }) x( R
GPDMA Linked List 模式执行流程

: r  w* ^0 T2 U+ F1 F
微信图片_20231027161252.png ) P4 [) R7 N6 b, z# @2 o
图6. Linked List 执行过程及期望输

( M; q- Q) K) a7 ~  |8 J8 u" n
03PWM滤波输出

; v! Q( t4 j& ~9 j3 T! _1 E
在 U575 NUCLEO 板上测试,结果如下:

  C0 f5 Z2 S( d! g/ v1 y8 N
微信图片_20231027161248.png : `$ o! v6 H: P) g. `. y
图7. 实际输出

# C( x& v: ^0 O
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。
& B" I! I3 T7 W2 ~
微信图片_20231027161244.png * P+ D2 ^; _0 y) R9 K9 K4 k
图8. 额外 TIM 计时来切换 PWM 输出
4 t2 K& H2 v4 `! R; Q3 w
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。

- d6 ]9 b# T9 U) c转载自: STM32单片机7 N3 C7 V) Y; t. X! t6 B' e
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( e3 {. p3 G1 ?/ x# w
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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