STM32F103系列实验板实验六---PWM 输出实验

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天使♀的☆宇★翼发布时间：2015-3-4 20:14

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STM32F103系列实验板实验六---PWM 输出实验
向大家介绍如何使用 STM32 的 TIM3 来产生 PWM 输出。我们将利
用 TIM3 的通道 2，把通道 2 重映射到 PB5，产生 PWM 来控制 DS0 的亮度。本章分为如下几
个部分：1 PWM 简介
            2  硬件设计
            3  软件设计
            4  下载验证
1 PWM 简介
脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，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。简单一点，就是对脉冲宽
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！这里我们仅利用 TIM3
的 CH2 产生一路 PWM 输出。如果要产生多路输出，大家可以根据我们的代码稍作修改即可。
同样，我们首先通过对 PWM 相关的寄存器进行讲解，大家了解了定时器 TIM3 的 PWM
原理之后，我们再讲解怎么使用库函数产生 PWM 输出。
要使 STM32 的通用定时器 TIMx 产生 PWM 输出，除了上一章介绍的寄存器外，我们还会
用到 3 个寄存器，来控制 PWM 的。这三个寄存器分别是：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）。
接下来我们简单介绍一下这三个寄存器。
首先是捕获/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
的各位描述如图所示： 360æªå¾20150304200941528.jpg

该寄存器的有些位在不同模式下，功能不一样，所以在图 14.1.1 中，我们把寄存器分了 2
层，上面一层对应输出而下面的则对应输入。关于该寄存器的详细说明，请参考《STM32 参考
手册》第 288 页，14.4.7 一节。这里我们需要说明的是模式设置位 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，所以这 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。
接下来，我们介绍捕获/比较使能寄存器（TIMx_CCER），该寄存器控制着各个输入输出通
道的开关。该寄存器的各位描述如图所示： 360æªå¾20150304201038815.jpg

该寄存器比较简单，我们这里只用到了 CC2E 位，该位是输入/捕获 2 输出使能位，要想
PWM 从 IO 口输出，这个位必须设置为 1，所以我们需要设置该位为 1。最后介绍一下捕获/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。因为这 4 个寄存器都差不多，在此仅以 TIMx_CCR1 为例介绍，该寄存器的各
位描述如图所示： 360æªå¾20150304201229223.jpg

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。本章，我们使用的是 TIM3
的通道 2，所以我们需要修改 TIM3_CCR2 以实现脉宽控制 DS0 的亮度。
我们要利用 TIM3 的 CH2 输出 PWM 来控制 DS0 的亮度，但是 TIM3_CH2 默认是接在 PA7
上面的，而我们的 DS0 接在 PB5 上面，如果普通 MCU，可能就只能用飞线把 PA7 飞到 PB5
上来实现了，不过，我们用的是 STM32，它比较高级，可以通过重映射功能，把 TIM3_CH2
映射到 PB5 上。STM32 的重映射控制是由复用重映射和调试 IO 配置寄存器（AFIO_MAPR）控制的，该
寄存器的各位描述如图所示： 360æªå¾20150304201319261.jpg

默认条件下，TIM3_REMAP[1:0]为 00，是没有重映射的，所以 TIM3_CH1~TIM3_CH4 分
别是接在 PA6、PA7、PB0 和 PB1 上的，而我们想让 TIM3_CH2 映射到 PB5 上，则需要设置
TIM3_REMAP[1:0]=10，即部分重映射，这里需要注意，此时 TIM3_CH1 也被映射到 PB4 上了。
至此，我们把本章要用的几个相关寄存器都介绍完了，本章要实现通过重映射 TIM3_CH2
到 PB5 上，由 TIM3_CH2 输出 PWM 来控制 DS0 的亮度。下面我们介绍通过库函数来配置该
功能的步骤。首先要提到的是，PWM 相关的函数设置在库函数文件 stm32f10x_tim.h 和 stm32f10x_tim.c
文件中。
1）开启 TIM3 时钟以及复用功能时钟，配置 PB5 为复用输出。
要使用 TIM3，我们必须先开启 TIM3 的时钟，这点相信大家看了这么多代码，应该明白了。
这里我们还要配置 PB5 为复用输出，这是因为 TIM3_CH2 通道将重映射到 PB5 上，此时， PB5
属于复用功能输出。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
这在前面一章已经提到过。库函数设置 AFIO 时钟的方法是：
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); //复用时钟使能
这两行代码很容易组织，这里不做过多重复的讲解。设置 PB5 为复用功能输出的方法在前面的
几个实验都有类似的讲解，相信大家很明白,这里简单列出 GPIO 初始化的一行代码即可：
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
2）设置 TIM3_CH2 重映射到 PB5 上。
因为 TIM3_CH2 默认是接在 PA7 上的，所以我们需要设置 TIM3_REMAP 为部分重映射（通
过 AFIO_MAPR 配置），让 TIM3_CH2 重映射到 PB5 上面。在库函数函数里面设置重映射的函
数是：
void GPIO_PinRemapConfig(uint32_t GPIO_Remap, FunctionalState NewState)；
在前面 STM32 重映射章节 4.4.2 已经讲解过， STM32 重映射只能重映射到特定的端口。第一个
入口参数可以理解为设置重映射的类型，比如 TIM3 部分重映射入口参数为
GPIO_PartialRemap_TIM3，这点可以顾名思义了。所以 TIM3 部分重映射的库函数实现方法是：
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE);
3）初始化 TIM3,设置 TIM3 的 ARR 和 PSC。
在开启了 TIM3 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，在上一节定时器
中断章节我们已经有讲解，这里就不详细讲解，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(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化 TIMx 的
4）设置 TIM3_CH2 的 PWM 模式，使能 TIM3 的 CH2 输出。
接下来，我们要设置 TIM3_CH2 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 CCR2 的值小的时候，DS0 就暗，CCR2 值大的时候，DS0 就亮，所以我
们要通过配置 TIM3_CCMR1 的相关位来控制 TIM3_CH2 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 2，所以使用的函数是 TIM_OC2Init()。
void TIM_OC2Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct)；
这种初始化格式大家应该也熟悉了，所以我们直接来看看结构体 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;
这里我们讲解一下与我们要求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，这里我们是 PWM 模式。
参数 TIM_OutputState 用来设置比较输出使能，也就是使能 PWM 输出到端口。
参数 TIM_OCPolarity 用来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_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); //初始化 TIM3 OC2
5）使能 TIM3。
在完成以上设置了之后，我们需要使能 TIM3。使能 TIM3 的方法前面已经讲解过：
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能 TIM3
6）修改 TIM3_CCR2 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 TIM3_CCR2 则可以控制 CH2 的输出占空比。继而控制 DS0 的亮度。
在库函数中，修改 TIM3_CCR2 占空比的函数是：
void TIM_SetCompare2(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare2)；
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 TIM3 的 CH2 输出 PWM 波了。