01 PWM介绍

PWM定义：脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，PWM）简称脉宽调制。通俗讲，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。

! I2 \" D5 B$ n: j" T

电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

占空比定义：占空比就是高电平所占整个周期的时间，如下图所示:

; d% n- q1 {) f" y! f

第一个PWM波，周期为10ms，高电平的时间为4ms，所以占空比为40%，同理第二个PWM波为60%，第三个为80%。

: N! s$ T  G9 _0 V1 ~2 c

PWM的频率： PWM的频率的整个周期的倒数，所以说上图PWM的周期为1/0.01，也就是100HZ。改变PWM的频率是通过改变整个的周期实现的。所以通过改变高低电平总共的时间、改变高电平占总周期的比例就可以实现任意频率、任意占空比的PWM波。

PWM的用途和优点：电机调速、功率调制、PID调节、通信等等，配置简单、抗干扰能力强，从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。并且让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小，噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响，这是PWM用于通信的主要原因。

02 STM32的管脚复用

STM32没有专门的PWM引脚，所以使用IO口的复用模式。首先确认PWM功能的输出管脚，使用定时器9。从下面的框图中得知，timer9只有两个输出通道，所以timer9只能输出两路PWM。

在STM32F207数据手册中的Alternatefunction mapping图片中，timer9的两个通道分别可以复用为PA2，PA3，PE5和PE6。

* a% a+ O. T6 q/ t8 d* w

03 STM32输出PWM原理

下图中的①部分，在《[color=var(--weui-LINK)]STM32基础定时器详解》讲解过了，关于影子寄存器，也在《[color=var(--weui-LINK)]STM32影子寄存器》中讲述，下文不再赘述了。本文将重点在②部分，捕获/对比通道讲解，其中STM32的PWM就是利用对比通道实现的。

2 Y, w$ N; O# f) q% R6 Y1 _

Pulse Width Modulation mode allows you to generate a signal with afrequency determined by the value of the TIMx_ARR register and a dutycycle determined by the value of the TIMx_CCRx register。

节选自STM32F207 Reference manual手册

. x9 V# m5 w- l) x! `  j

- s& Z1 k, P) m9 |. i0 N

脉冲宽度调制模式可以生成一个信号，该信号频率由TIMx_ARR 寄存器值决定，其占空比则由TIMx_CCRx 寄存器值决定。
9 |# g/ r* q5 ~

1 Z/ f" {+ b) c: T/ B

从下图可以看出，当CCR寄存器和CNT计数器数值一样时，会产生动作（改变通道对应的GPIO电平）。由于CNT溢出时，重载值由TIMx_ARR寄存器值决定的。所以说TIMx_ARR寄存器值决定周期，而TIMx_CCRx寄存器值决定CNT溢出时，经过多久会产生动作（改变通道对应的GPIO电平），也就是决定了占空比。

. [( I8 S1 E0 I) y. N

; o0 y' j, w7 \$ i# p

以向上计数为例，重载值为ARR，比较值为CRRx

4 A; a1 ~  w8 A* _( g5 X7 V" W1 e1 [

上图可以看出：

• 0-t1段,定时器计数器TIMx_CNT值小于CCRx值,输出低电平。
• t1-t2段,定时器计数器TIMx_CNT值大于CCRx值,输出高电平。
  
  
  

当TIMx_CNT值达到ARR时,定时器溢出,重新向上计数...循环此过程至此一个PWM周期完成。

上图更加形象的说明了

• 信号频率由 TIMx_ARR 寄存器值决定。
• 占空比则由 TIMx_CCRx 寄存器值决定。
  
  6 j% i: t" S4 B/ o+ i1 z  @
  

2 W# P/ E# I1 O& v. ^- E" I8 E

STM32输出PWM的过程：

1、首先配置GPIO，配置定时器，具体参考一下代码。定时器配置参考《STM32基础定时器详解》。

2、捕获/比较通道使能比较通道。

2 H" P. m8 U( L& P, ~

上图看到，①寄存器名字为：Capture/Compare1register。可以选择从②处输入捕获，也可以选择从从③中输出，也就是我们需要的PWM输出功能。选择捕获通道，还是选择比较通道，在框图中没有找到具体的说明，但在TIMx_CCMR1寄存器CC1S[1:0]控制位使能。

  k- y6 i* Q4 t! k

3、使能完输出，就要配置PWM输出了

5 K) X5 g$ R7 N3 n" M: R. u

①TIMx_CCMR1寄存器的OC1M[2:0]位,设置输出模式控制器

110：PWM模式1，111：PWM模式2。

②计数器值TIMx_CNT与通道1捕获比较寄存器CCR1进行比较,通过比较结果输出有效电平和无效电平。

OC1REF=0 无效电平，OC1REF=1无效电平。

③通过输出模式控制器产生的信号。TIMx_CCER寄存器的CC1P位,设置输入/捕获通道1输出极性。

0:高电平有效，1:低电平有效。

④TIMx_CCER:CC1E位控制输出使能电路,信号由此输出到对应引脚。

0:关闭，1：打开。

首先对PWM模式1和PWM模式2进行介绍：

01 模式1
/ \/ G8 l! F) h+ w$ Y# x, u

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；在向上计数时，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）。

02 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。

7 }7 N# y& ?5 J  F

TIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平。

PWM输出高低电平由TIMx_CCMR1:OC1M位和TIMx_CCER:CC1P位共同决定。

: I, ?! p. z% A$ t

总结下来：

) I3 q% E0 K' ?1 k: i1 J

模式1:

    CNT<CCR为有效电平//(OC1REF =1)

    CNT>CCR为无效电平//(OC1REF =0)

9 ?1 u# L  X  T5 \- t! Z0 P

模式2:

    CNT<CCR为无效电平//(OC1REF =0)

    CNT>CCR为有效电平//(OC1REF =1)

CC1P:

    0:高电平有效

    1:低电平有效

04 STM32输出PWM配置
" g" f  F; w3 g# O" W$ o

分析了原理，那么下面就分析STM32生成PWM的过程。

" z. h& z/ ~# J8 o9 T3 }- [

1、首先要将GPIO设置为复用输出

1. 
   
2. /* GPIOE clock enable */
   ! A$ ~. k9 b0 c3 G' S
3. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE,ENABLE);
   ) l4 K8 }5 a$ R0 a
4. 
   8 l* P5 Z' Y1 m4 u' y0 z
5. /* GPIOE Configuration: TIM9 CH2(PE6)*/
   
6. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 |GPIO_Pin_6;
   
7. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF;
   0 O* ~1 v( Y+ o1 B$ w
8. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_100MHz;
   
9. GPIO_InitStructure.GPIO_OType =GPIO_OType_PP;
   
10. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    
11. GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
    / `3 W% P  f1 x
12. 
    
13. /*Connect TIM9 pins to AF3 */  
    ; n  o( F! ~. o* L2 |
14. GPIO_PinAFConfig(GPIOE,GPIO_PinSource5, GPIO_AF_TIM9);
    " [  G/ l  [8 e! E$ S
15. GPIO_PinAFConfig(GPIOE,GPIO_PinSource6, GPIO_AF_TIM9);

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2、配置定时器向上计数，配置定时器频率

1. 
   
2. /* TIM9 clock enable */
   , w3 Z, L( O' }% }! ~9 L( R
3. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM9,ENABLE);
   & ~' v9 S" h# n( Y( k, P  B3 v
4. 
   9 U, l/ Y$ Z: m7 k0 I/ t( h$ f
5. /* Compute the prescaler value */
   . V+ N2 ?# S0 ?1 m. T( k% L
6. PrescalerValue= (uint16_t) ((SystemCoreClock) / 2000000) - 1;
   
7. 
   
8. /* Timebase configuration */
   
9. TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =1000-1;
   
10. TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =PrescalerValue;
    . k' t3 L+ x0 r( V3 P
11. TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =0;
      P* ]/ j) S( ~* I6 V7 Y
12. TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode =TIM_CounterMode_Up;
    8 A( R) y; u3 p
13. 
    , I# G- n4 ^) [# k
14. TIM_TimeBaseInit(TIM9,&TIM_TimeBaseStructure);

复制代码

0 |6 j9 Q8 t6 x+ s
9 z9 Q' l4 d- g, M8 [4 P) \5 f) n
% e% i  V2 q5 H8 `3、配置PWM输出上面分析过程较为麻烦，ST提供了标准外设库，我们只需要配置TIM_OCInitTypeDef结构体即可。

1. 
   9 O$ f' V* _, `  m& y
2. TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
   ' v8 I, B3 K( D) u( l& i
3. 
   
4. /* PWM Modeconfiguration: Channel1 */
     A& [7 W$ ~1 E! c, Y6 C
5. TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode =TIM_OCMode_PWM1;
   # [- `7 F; D0 [2 P7 |2 ?
6. TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState =TIM_OutputState_Enable;
   
7. TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =100-1;
   
8. TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity =TIM_OCPolarity_High;
   ; [2 m6 i8 G* ]
9. 
   ( g$ n# _3 W5 q& f6 \% c
10. TIM_OC1Init(TIM9,&TIM_OCInitStructure);
    6 ~  O9 D( e+ U4 U( P
11. TIM_OC1PreloadConfig(TIM9,TIM_OCPreload_Enable);

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$ J; A% n# _! A& x6 ~, @0 i
4 Z; `7 u  o3 G4 r" }9 K

TIM_OCInitTypeDef结构体解析

; k' n3 y" x9 o4 e

1. 
   
2. typedef struct
   
3. {
   
4.   uint16_t TIM_OCMode;      //PWM模式1或者模式2
   ) f7 n5 A6 t' p7 n5 Q5 T
5. uint16_t TIM_OutputState; // 输出使能OR失能
   1 E1 a0 D( s- ]3 |/ v" e! e$ i
6. uint16_t TIM_OutputNState;  // PWM输出不需要
   & ~% ^) u  @2 P4 D% q+ |8 Q
7. uint32_t TIM_Pulse; // 比较值
   
8. uint16_t TIM_OCPolarity;// 比较输出极性
   * E" |- I5 E: e: y8 P7 O
9.   uint16_t TIM_OCNPolarity;   // PWM输出不需要
   
10.   uint16_t TIM_OCIdleState;// PWM输出不需要
    
11. uint16_t TIM_OCNIdleState; // PWM输出不需要
    & r+ d1 Q- W. o
12. }TIM_OCInitTypeDef;

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8 W+ G4 Z; w0 X3 N9 B( v9 j2 s

其中TIM_Pulse可以在初始化时设置，设置完毕后，也可以通过以下接口再次更新。

1. 
   / Z8 ~: m% N8 C1 I% p, a0 Y
2. void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t Compare1)

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! h, [+ e  B* p; V! P8 ~& _" S4 Q

4、使能定时器

1. 
   4 `) j4 T% Y( y: `( y* u! H
2. TIM_ARRPreloadConfig(TIM9, ENABLE);
   
3. 
   6 b2 V& i! }" g
4. /* TIM9 enable counter*/
   , g  g  m% r" Q, P- y( P: A
5. TIM_Cmd(TIM9, ENABLE);

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0 M9 h0 ]4 a4 T

使用timer9输出PWM的波形。

, p& o# G0 `; c

+ [$ q4 h. z6 p