【经验分享】STM32F103 PWM实现呼吸灯

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STMCU小助手发布时间：2022-4-5 11:24

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文章简介:	STM32F103 PWM实现呼吸灯

12.1. PWM简介

PWM全称为“Pulse Width Modulation”。中文翻译为：脉冲宽度调制。脉冲宽度指的是脉冲持续的时间，既高电平或低电平保持（持续）的时间。而PWM通俗的说就是人为的（通过微处理器）去控制电平高低保持的时间。这里引出一个新名词，占空比：在一个脉冲的循环中，通电时间相对于总时间所占的比例。

STM32 的定时器除了 TIM6 和 TIM7。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！

12.2. PWM相关寄存器

除了定时器章节介绍的几个寄存器（ ARR、PSC、 CR1 等）外，还会用到 4 个寄存器（通用定时器则只需要 3 个），来控制 PWM 的输出。这四个寄存器分别是：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）以及刹车和死区寄存器（ TIMx_BDTR）。

（1）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 CH2，而 TIMx_CCMR2 控制 CH3 和 CH4。

寄存器分了　2　层，上面一层对应输出时的设置而下面的则对应输入时的设置。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，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。另外 CCxS 用于设置通道的方向（输入/输出）默认设置为 0，就是设置通道作为输出使用。

/**$ M4 Z, H, o6 N! h+ `
* 没有重映射时，TIM3的四个通道CH1, CH2, CH3, CH4分别对应PA6, PA7, PB0, PB1
' D! D- _% T3 |; J8 o" y' O# M
* 部分重映射时，TIM3的四个通道CH1, CH2, CH3, CH4分别对应PB4, PB5, PB0, PB1
& n/ E# N2 l5 Z; E8 Q' u
* 完全重映射时，TIM3的四个通道CH1, CH2, CH3, CH4分别对应PC6, PC7, PC8, PC9
9 U" b4 h' ]* T5 l$ _! q4 I
* % [. D3 g) n4 y
* 110：PWM模式1 - 在向上计数时，一旦TIMx_CNT<TIMx_CRRx时，通道x为有效电平，
. k3 F+ J! h [ A
* 否则为无效电平；在向下计数时，一旦TIMx_CNT>TIMx_CRRx时，通道x为无效电平，
1 {& D l' X& X1 G# e. ^
* 否则为有效电平。
8 o, S: i2 v& X# S; t1 l
** m1 i0 _- l, n( U, ~6 i3 V
* 111：PWM模式2 - 在向上计数时，一旦TIMx_CNT<TIMx_CRRx时，通道x为无效电平，- ?/ Q9 B; }. z" |' v
* 否则为有效电平；在向下计数时，一旦TIMx_CNT>TIMx_CRRx时，通道x为有效电平，3 Q' z# x' }& f8 I
* 否则为无效电平。
6 t4 X+ O5 _3 \! O- C* ^
*/

复制代码

（2）捕获/比较使能寄存器（ TIMx_CCER）

这里只用到了 CC1E 位，该位是输入/捕获 1 输出使能位，要想PWM 从 IO 口输出，这个位必须设置为 1。

（3）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~CH4。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。

（4）刹车和死区寄存器（ TIMx_BDTR）

如果是通用定时器，则配置以上三个寄存器就够了，但是如果是高级定时器，则还需要配置：刹车和死区寄存器（ TIMx_BDTR）。该寄存器，我们只需要关注最高位： MOE 位，要想高级定时器的 PWM 正常输出，则必须设置 MOE 位为 1，否则不会有输出。注意：通用定时器不需要配置这个。

12.3. PWM波形产生原理

通用定时器可以利用 GPIO 引脚进行脉冲输出，在配置为比较输出、PWM 输出功能时，捕获/比较寄存器 TIMx_CCR 被用作比较功能，下面把它简称为比较寄存器。

这里直接举例说明定时器的PWM输出工作过程：若配置脉冲计数器TIMx_CNT 为向上计数，而重载寄存器 TIMx_ARR 被配置为 N，即 TIMx_CNT 的当前计数值数值X在 TIMxCLK 时钟源的驱动下不断累加，当 TIMx_CNT 的数值X大于 N 时，会重置 TIMx_CNT 数值为 0 重新计数。

而在 TIMxCNT 计数的同时，TIMxCNT 的计数值X会与比较寄存器TIMx_CCR 预先存储了的数值 A 进行比较，当脉冲计数器 TIMx_CNT 的数值X小于比较寄存器 TIMx_CCR 的值A时，输出高电平（或低电平），相反地，当脉冲计数器的数值X大于或等于比较寄存器的值 A 时，输出低电平（或高电平）。

如此循环，得到的输出脉冲周期就为重载寄存器 TIMx_ARR 存储的数值 (N+1) 乘以触发脉冲的时钟周期，其脉冲宽度则为比较寄存器 TIMx_CCR 的值 A 乘以触发脉冲的时钟周期，即输出PWM的占空比为 A/(N+1) 。

12.4 PWM配置步骤

1.开启TIM3时钟、GPIOB时钟和复用功能时钟
2.配置GPIOB5为复用输出
3.设置TIM3_CH2重映射到PB5上
4.初始化TIM3,设置ARR和PSC
5.设置TIM3_CH2的PWM模式
6.使能TIM3的CH2输出
7.使能TIM3
8.在主函数中改变占空比完成呼吸灯

12.5 定时器引脚复用功能映射

E4LT_45LAO9PZMF$Q}`4~C6.png

$1U`I{E1FWV1`N{0X_FNE7UF.png$

N5@KXFF@{$T4`%2@)6@]IKX.png

根据以上重映像表，我们使用定时器3的通道2作为PWM的输出引脚，所以需要对PB5引脚进行配置。注意：如果使用PB4当做TIM3部分重映射的CH1输出，除了要进行部分重映射配置外，还需要禁用JTAG！并在开启复用时钟后禁用JTAG！

GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE); //禁用JTAG，在开启复用时钟后禁用

1. 新建两个文件，pwm.c 和 pwm.h

GVPI@YOIZU%PC(C_6A7S@_F.png

2. 在头文件 pwm.h 添加下面代码：

#ifndef _PWM_H. A0 ?8 z. l; s9 u+ o
#define _PWM_H
: `/ j+ _: Q* T( Q
#include "stm32f10x.h", y) k) x2 T) Y- A! w, u
. Q- o) }$ D# ^6 O* p4 o. c
void PWM_Init(u16 arr, u16 psc);
& I8 {0 x% B& p% \! [4 U
1 o5 V$ q# \, a0 s. ~2 i( |
#endif;

复制代码

3. 把 pwm.c 添加到工程中

1F~`__HNLVPO)]D46Q5]]3E.png

4. 在 pwm.c 中添加以下代码：

#include "pwm.h") I5 O6 @ E5 r( I3 Z
0 n' P9 O9 V5 Y
void PWM_Init(u16 arr,u16 psc)' n8 L& D4 ]2 z1 E" f
{
, D' p9 T |( E3 B, ^/ U {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义GPIO结构体
# d) u4 E e3 ]+ N
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; //定义TIMx定时器结构体
% K$ F& n, x+ w" ]5 O3 |2 |6 z! u
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; //定义定时器脉宽调制结构体3 T& }( I; v0 j8 ~0 U* `+ ^: _% T
/ C3 N! Q: \. a/ ^( s1 j- `) L
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE); //使能TIM3时钟
4 m& A- H, M4 u) E% W0 i3 A
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//使能GPIOB时钟和AFIO复用时钟8 h4 T* v$ @" w) O/ ^! j2 M; V
4 F& x0 a- p' f3 o8 e$ N- H4 }
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3,ENABLE); //TIM3部分重映射 TIM3_CH2->PB5! O8 `2 w- H/ h% B0 ?5 _/ K k# D
8 b+ V! x6 G: q% G, R9 I
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //TIM_CH2
$ v* ^8 `) L- F
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
! g* K" ~) L5 q7 \9 F2 `
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; //配置输出速率
' g! n+ u& {7 Y$ m* k
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); //初始化GPIOB9 @9 j t: ^! [: Q& G4 k9 O
" q; b2 `! W* j- u9 s3 d" i
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置自动重装载寄存器周期的值 arr=value-1% s* I9 ^- p E* w- {8 m, ?" r! E6 G) T
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc; //设置预分频值 psc=value-1
( T$ t8 ]* ~( P$ g
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
$ ~" j9 Q% W% n" `6 L
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式6 d# j6 U" O# C6 c
TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure); //初始化TIMx时间基数
$ ]" I/ \$ E3 l( r. w) F; T
) ?; V3 V p3 g" p# l
//初始化TIM3 Channel2 PWM模式
) O# {' B4 o8 U
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
% \8 Z/ _) \' Z8 P
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //使能比较输出
) K, i: A8 @( J% i
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高2 a( Y! ]1 q5 g. c
TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM3 OC24 l, K; t$ K% w/ t$ ? p: L
/ o# T6 }$ h. Q7 D9 T( O+ h
TIM_OC2PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM3在CCR2上的预装载寄存器% l% y" b* \+ R) V: s, R% u$ ]; Q
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIM3. h! Z1 p) B8 Q/ X2 I2 J
}