【经验分享】STM32F103 PWM实现呼吸灯

[复制链接]

STMCU小助手发布时间：2022-4-5 11:24

文章
文章封面:
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。

/** f( x |; C6 L% z% I2 t
* 没有重映射时，TIM3的四个通道CH1, CH2, CH3, CH4分别对应PA6, PA7, PB0, PB1
8 f8 Y( X9 _# M* L5 L
* 部分重映射时，TIM3的四个通道CH1, CH2, CH3, CH4分别对应PB4, PB5, PB0, PB1
/ g: y% L1 _: C( Z( T
* 完全重映射时，TIM3的四个通道CH1, CH2, CH3, CH4分别对应PC6, PC7, PC8, PC9; F: F* R; |8 S: L: N/ h; v2 p$ ?8 C
* 0 ]1 _; @7 D E/ 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，" \* L' k% v. X! e9 H; J9 c+ i
* 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，
8 B/ E% M9 V/ |# I& X1 G
* 否则为有效电平。
( p# m" i" V8 Z' l
*
4 l# R/ V. S2 R& j
* 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，
# {! c! X- E" C. ]
* 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 A4 x) Z& E+ t' n/ W
* 否则为无效电平。
5 t3 t& F0 n1 S$ y! v
*/

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
" Q5 a* w; d- w; t+ M, j7 m
#define _PWM_H
* R' p K5 O% a# y! T0 I* Z9 G0 ?
#include "stm32f10x.h"' Z' i( D+ a% f+ {- h0 V/ W. o
O9 ^# e$ [8 @( o5 B" O
void PWM_Init(u16 arr, u16 psc);
/ U3 ?) q2 I: V) B! U d" n
# b8 F+ v a! S* N7 W. O1 E
#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"
) l* }- @% h2 Z
/ e$ f: Y) W6 f, e9 p& H9 @
void PWM_Init(u16 arr,u16 psc)7 x$ A) K5 t# U0 s$ P2 B, X. j6 S
{
+ d5 |) ~ e& G7 S9 [
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义GPIO结构体" h' G+ [" O0 a+ m
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; //定义TIMx定时器结构体% N( P7 h- |4 y$ H4 p
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; //定义定时器脉宽调制结构体
- `8 v2 {4 n. v* _; _8 P% R! }4 F
+ s2 R. n0 h" W$ v9 n% E( r, p: q+ `
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE); //使能TIM3时钟- Q2 t/ j( C9 Y2 b# \
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//使能GPIOB时钟和AFIO复用时钟
+ d: n5 i5 J. \3 Y4 ]. ^: Q( a0 G
. y* g, p" n# w( \
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3,ENABLE); //TIM3部分重映射 TIM3_CH2->PB5
3 ^7 r3 Z9 x* R5 P
( `. E7 E; X6 w3 P4 [( P, Z
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //TIM_CH2
4 n3 \ e4 n) v" V2 N& Y! ], [! [
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
, U8 X+ L. @: v1 s+ e! F6 K
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; //配置输出速率; o8 E2 s- b1 K+ X& M. |6 V
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); //初始化GPIOB6 {% q1 [3 X- i5 U$ e3 f
, m2 c9 J2 k3 {3 z& N9 `2 h
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置自动重装载寄存器周期的值 arr=value-1
' c [7 r" s9 E- R* s
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc; //设置预分频值 psc=value-1. V1 y" B' O+ z9 u! C! ^8 `& z
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim; ^; j9 R" e+ T% l& O4 y
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式. N7 k. q" n2 s3 W/ a6 y; D
TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure); //初始化TIMx时间基数
% Z. {- x' I5 Q7 C6 J
) E) [8 n7 B! l2 s
//初始化TIM3 Channel2 PWM模式
! f9 V/ G0 m! v" D, ?' k8 q
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
3 _$ f: c4 _( H; \# h8 ~/ q
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //使能比较输出
/ o2 |9 m! u1 O4 O& o# Y
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高0 M* u4 @, }* c ` a( L
TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM3 OC20 G& g, C4 A/ L! \9 e' q2 Q
3 z; z, ^; G' ?. |4 l* W9 Z/ a* L- v
TIM_OC2PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM3在CCR2上的预装载寄存器, s) {$ x5 C, ]' F
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIM3
& n. F7 M- U# ]
}

复制代码

5. 实现PWM呼吸灯功能
* V$ R/ @& O+ Y E6 ]

#include "stm32f10x.h"" ?- s* M: ~) k' ]
#include "delay.h"
#include "led.h"
/ o1 l' D, B) }8 r: A5 \
#include "tim.h"
* U8 w( c$ w9 H5 }
#include "key.h", `# n! X" a. V: ~6 l
#include "pwm.h"
. f; f" W8 A I1 e( ?% j) M( n
# L: m# }' A& D% q5 ]/ H# K' o& `
int main(void)8 U1 L9 y* n, j( k) q4 n8 d- `
{
$ ~! Q9 `2 W8 l$ Z$ ]; Y- A5 z4 T+ f
u16 pwmValue = 0;! C# Y; s( \, E+ O
u8 dir = 0;
# ?# B* A. ~, v& c& x) `( r
! f. W: m) b8 q: C- l( _7 s5 L
delay_init();+ q6 V+ w7 }+ r3 T; f7 Q
PWM_Init(999, 719);* o$ V' n9 Z5 T0 z
2 c _0 _/ N2 E1 h/ x- ~# q
while(1)
% N2 B0 f* ^) p
{8 n$ t8 I2 X; ?& ?
if(dir) {8 j9 }* n% w) l' o
if(pwmValue > 550) TIM_SetCompare2(TIM3, --pwmValue);
6 K) P6 z0 V1 _8 k4 R
else dir = 0;6 E. m! W ~& W3 S9 Y* O- @
}
( H2 N1 d3 w- P: a
else {
- k4 p8 e; H# r: t
if(pwmValue < 990) TIM_SetCompare2(TIM3, ++pwmValue);% m; Y1 C0 t O5 O' Z: S6 c4 `
else dir = 1;8 ]+ r7 L- Y; O( k) J
}
+ T2 l4 h( L* i; D
delay_ms(3);
$ m7 [2 {; `1 w; r- A! w& K! h
}
3 b3 r% }1 d. G9 t3 v2 w9 {
}