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【经验分享】STM32F103单片机输出相位可调PWM波

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STMCU小助手 发布时间:2022-3-22 13:00
    STM32定时器功能如下
2 H3 Y7 j& `- k4 L7 Z; \8 p( R1 D0 w" n3 l
52$J_79[6$$(RR7JO[WOOTL.png 1 D& i* m5 E9 t2 z

+ f: i5 Q, _& t# W, k4 @) O, m1 s; K通常使用的是PWM模式,可以通过PWM功能可以生成频率和占空比可调的方波信号,有时候需要生成初始相位可调的方波,PWM功能就就不能满足要求了。可以通过输出比较模式来实现。
. U# t( v9 F2 X0 l5 h1 y" u  d! F5 o, k# U8 M! x
HN%AV0YN~2M)LNJIE)%O_(Q.png
' Z3 p, c; I: G( o# M/ v7 Z' s5 ~: {% Z9 r8 y6 [2 s: s# U/ ]
输出比较模式是将计数器CNT的值和捕获比较寄存器CCR的对比,当CNT值等于CCR的值时,翻转输出电平。& m; l7 S6 V; e0 ?5 }4 Y
! b7 A$ C% }3 v% Y/ b, ~
J](5%US0ANS_5{9_O%Y@X8V.png 7 D( p8 w6 Z7 c) ]2 W1 O. w+ O
( V5 e( a' B8 i4 ]
通过捕获比较寄存器CCMR模式设置位的描述可以看出,输出比较模式只有当 CCR = CNT时,输出电平才会翻转。而PWM模式下 CNT < CCR 时输出一个电平,CNT > CCR时输出相反的电平。
" K! _2 ?7 G7 J3 f4 n9 s, r4 O* S
通过一个示意图来看看PWM输出模式) Z' N9 I0 f7 @2 Y' t, X
3 R( E7 x3 {; A" S0 M; Q
G%`VCHPTCNWR3V83]P}Q$]1.png & Q& e: i& o. O7 u8 n

/ z$ ?( R1 e* b# \* m: p上图中是PWM输出的示意图,可以看出CNT的值从变化范围是 0---ARR,之间,CNT的值在CCR值左边时输出一个电平,CNT值在CCR右边时,输出相反电平。这样改变CCR值就可以改变输出PWM的占空比。; p% M: Y" ]1 ]4 a( S5 u; a8 W7 I
; d3 P+ l& N) `+ g8 R
下面在看看输出比较模式7 i# a" X( t9 t$ `7 ?' r5 y
  y0 V! N1 l% z& [$ W
)TC`0`W7EKLQ]07WTXJN9EM.png
9 n: [6 @. A; s; r& @* R% {5 d1 F3 {1 X0 q5 |
输出比较模式下不关心CNT比 CCR值大还是小,只关心CNT和CCR值什么时候相等,两个值相等时,就翻转输出电平。在PWM模式下,CNT值从0增加到ARR一个周期内输出电平有两次变化,而在输出比较模式下时CNT值从0增加到ARR一个周期内输出电平只有一次变化。所以输出比较模式下,定时器输出方波的频率为PWM模式下定时器输出方波频率的一半。
" M8 M0 h  u% g: z3 P- l
, ]' Y. X  A6 Z下面就看看代码如何实现/ s( X: z# I" {: r& Y' a
" N/ b# G6 [% {1 z8 G# o. j
  1. // arr 自动装载值  psc 分频系数
    ( m  F8 g  H$ n- E
  2. void TIM3_CMP_Init( u16 arr, u16 psc )
    . I2 M# p$ |2 b3 B
  3. {! ^9 q0 y1 m1 x# x- O) K
  4.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;" T' Z; K" c: p/ k( y
  5.     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    * e5 K" D& {4 i6 I
  6.     TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    ( N( U8 L3 x. \* f) ?
  7. * o0 {; e1 G0 N
  8.     RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE );        //使能定时器3时钟  36M + ^( v1 x& H+ R; q; m
  9.     RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE );        //使能GPIOC时钟4 i3 x8 ~/ N! a" A. Y

  10. " B2 N% |2 t; {; O/ P
  11.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    - H  n+ E6 [6 g
  12.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    1 x$ B* E# Q5 p' v1 q3 S9 N
  13.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;4 q/ V/ Y; }) [$ R( M/ [0 k( E0 @) G
  14.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    7 K, ?, c. O- K/ U$ @" ^3 O+ G
  15. # r' v0 G- T$ W
  16.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;- ^0 z1 O- w" s# u
  17.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;; M% o1 T) N, c& g' V4 d
  18.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    ; d9 R$ R. X# ]7 f
  19.     GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    $ H' K+ W3 l2 f; ~% ~& L, ^2 ^6 q
  20.     //初始化TIM3
    / h2 }% A9 M6 ?2 S) q. A
  21.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr;
    # S% S, x4 N: [) j. b7 P
  22.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;
    2 v# K" k( J9 P9 z
  23.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    . n- C& b( Z) p) r2 o* _
  24.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    6 Q) M: [0 U0 f  a
  25.     TIM_TimeBaseInit( TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure );
    1 d' O7 f. S2 j' f, o
  26. 2 v  Y/ ], y* |, ?# C4 k7 X
  27.     //初始化TIM3 比较 模式  输出比较翻转触发模式(当计数值与比较/捕获寄存器值相同时,翻转输出引脚的电平)   % `' a7 o! V  F5 O, R$ S
  28.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Toggle;7 C  E5 B! |7 f" D2 q. {. ^1 Y
  29.     TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    * t: D- D4 m* @) |
  30.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    9 f7 N' h5 k9 |

  31. 5 p% v' u' i1 H7 Y+ K
  32.     TIM_OC1Init( TIM3, &TIM_OCInitStructure );( f+ v$ \) H' Y
  33.     TIM_OC2Init( TIM3, &TIM_OCInitStructure );- O# l/ p+ r- C/ v7 K  X
  34.     TIM_OC3Init( TIM3, &TIM_OCInitStructure );; a# }7 G* o7 p6 q  e3 }: Y
  35.     TIM_OC4Init( TIM3, &TIM_OCInitStructure );
    0 |' H0 r: d- R7 G
  36. 0 V/ Y: d1 ~  {( f2 c& K
  37.     TIM_OC1PreloadConfig( TIM3, TIM_OCPreload_Enable );
    % Y. {+ u4 M: w2 c5 {4 t
  38.     TIM_OC2PreloadConfig( TIM3, TIM_OCPreload_Enable );
    ) `/ E3 |/ ]! V4 e& i
  39.     TIM_OC3PreloadConfig( TIM3, TIM_OCPreload_Enable );
    ! J4 o7 g) V% \! F. D
  40.     TIM_OC4PreloadConfig( TIM3, TIM_OCPreload_Enable );. ~- k! e+ N9 l: z$ z- K5 _% ]

  41. ; Y. z+ p; E: Z4 r
  42.     //使能TIM3" i( Y% w' F' G  @# L8 |
  43.     TIM_Cmd( TIM3, ENABLE );0 l* q' N( q: W3 k6 E
  44. }
    1 M% X1 V' B/ i8 _% ^# m- k4 L: X( d( q
复制代码

0 X- v+ P; f5 R3 ]$ M
/ X8 b% P7 R+ S" e- R, |这里用的是定时器3,定时器3的4个通道全部设置为输出比较模式。2 G; b" P6 r2 S( ^

  e  d% F4 z0 ]' N定时器初始化代码,输出比较模式设置方法和PWM模式设置方法只有模式设置这一行代码不同。. m& i9 X. x( ]' j% y; U

) A1 s+ ~" w0 H& r; V( @
  1. TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Toggle;
复制代码
( S  o& `  w4 U- Q
将输出模式由TIM_OCMode_PWM1 改为  TIM_OCMode_Toggle 就可以了。! e  r( ^) ~# ~$ ?' e
2 P* q9 ]- r, X1 D+ O
下面看主函数代码
, _9 |; ], n7 m: U
) b- Z, z7 I1 v1 g' z# m" n5 ~
  1. #include "sys.h"' q# G$ [0 \; b! m0 ^  |, A  R
  2. #include "delay.h"
    1 a. \+ T4 C; L7 N  x# x" s
  3. #include "usart.h"
    " t) Z; A9 ~! y& _( H" v8 Q$ m
  4. #include "led.h"  [# C! H' a7 J. A4 E
  5. #include "pwm.h"% R4 S) M7 E6 G$ w
  6. // LED0  PA8  LED1 PD27 R' o5 H) K1 I: e* r, g& P  ]* p
  7. int main( void )
    1 r8 k" O- N  s  M& ]5 X0 }- v+ U! ~
  8. {
    1 w$ M* r9 O; d, Z) Z7 B
  9.     u16 led_pwm_val = 0;0 s" ^5 k0 k5 Q4 j# c( w3 W
  10.     u8 dir = 1;
    1 X: L& J$ b: a6 _6 F
  11.     delay_init();       //延时函数初始化2 E9 x4 Y1 Y# r: n  ?4 j
  12.     NVIC_PriorityGroupConfig( NVIC_PriorityGroup_2 );2 d! O- z" U4 @- B7 n" O
  13.     LED_Init();# C2 m/ F" V' p. `' G( l) L

  14. 8 Z& b1 b! F; V* q% w5 j; p- k; t
  15.     LED0 = 1;; N: w& X. @* C0 {
  16.     LED1 = 1;+ b3 x% d' q, o) d
  17.     delay_ms( 500 );/ N  E2 \! e0 r9 `7 y
  18.     LED0 = 0;# Z: s1 F1 Q5 R, x
  19.     LED1 = 0;
    * U/ Q4 p4 k* F; d. X% ]
  20.     //比较输出模式下:  ARR 决定输出频率  CCRx 决定每个通道的初始相位
    1 U. ~0 r, b$ B! j# p5 n
  21.     //PWM模式:                   ARR 决定输出频率  CCRx 决定输出 的高电平时长
    7 L& `$ Y/ k' z5 G
  22. : @5 }1 A" k! O  D
  23.     //比较翻转模式,一个周期只翻转一次,所以频率为 1/2
    % s$ _1 e( u2 _% \& I
  24.     TIM3_CMP_Init( 1000 - 1, 36 - 1 );                        //1K+ O( G: k" \2 x! U
  25.     TIM_SetCompare1( TIM3, 0 );
    $ K6 T" M) K" s1 U; C* h
  26.     TIM_SetCompare2( TIM3, 200 );  v! K; ~4 ~2 e
  27.     TIM_SetCompare3( TIM3, 400 );
    & B; ]' W% Z5 a# k* H
  28.     TIM_SetCompare4( TIM3, 600 );+ E1 e! F% X5 [! X1 g! V2 S# _
  29.     while( 1 )( ~5 P: ?; y" m3 M% m
  30.     {
    # D" U3 n2 b+ D7 M% S! F/ W
  31.         delay_ms( 200 );
    / l6 P) L  w& O+ S* d
  32.         LED0 = !LED0;. ]+ B( B2 W; ^  m
  33.     }
    , s) I( B. ^7 z# G3 e# N* [) K, W
  34. }
复制代码
* e6 [. J7 ]! f! ~( v) z
        定时器3时钟为72MHz,36分频后为2MHz,自动装载值为1000-1,输出频率为 2M / 1000 = 2KHz。输出比较模式的频率要在减一半,所以输出方波信号频率为 2K / 2 = 1KHz.- B. D: a' r4 w% L* j% @

$ h3 ^8 b* e; j% @8 j+ e+ Q/ g        下来分别设置4个通道输出的初始相位,通道1相位设置为0,通道2延迟1/5周期,通道3延迟2/5周期,通道4延迟3/5周期。
3 H/ G( y  J+ E- L# P" Z: {- ^
- e2 \5 G! w/ c; _6 ? ~1[C$UHUQX2O7{UTXTO`L.png
7 }9 N/ W4 Q$ _% k3 y1 V, c- ^! z
' H1 q- Q# T* B- \4 r( X2 e4个通道的输出频率都是1KHz,周期为1000us。7 Q: b5 n% b, B& k% x
, L# @+ Y" Q# @- A/ p8 C# I( s
1O%K1PF0]E5FV1ZXHI8)0I7.png + e; L" x; G( q9 |* C, e9 B' t! F
0 `" J  ?  G* f, \  q+ h+ K9 _
通过输出波形可以看出来,起始相位依次滞后,通道1为0起点的话,通道2滞后100us,通道3滞后200us,通道4滞后300us。
  _/ k1 S$ H! I, r4 }
0 x7 r5 E7 l& E7 f上面计算的通道2滞后1/5周期,周期为1000us,1/5周期应该为200us,实际测出来为100us,说明相位计算的理论值也要减半。- e! e: ^) f) b1 @

3 C! w! M: h9 j4 C. X( v' }这样利用定时器输出比较模式,通过设置改变定时器CCR寄存器的值,就可以控制输出方波的起始相位了。1 s- h9 l4 X7 u7 B2 b$ N
, \+ J' U2 c3 l9 v* N& q, e
7 a8 H% G& e) i  C2 |9 q# `8 [
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