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【经验分享】STM32的PWM的原理与使用(内附代码)

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STMCU小助手 发布时间:2022-5-17 21:00
1、PWM是什么?
. {5 X# b/ P+ s  O  E/ L  p% y; Q9 `( ?4 K" Q
    是脉冲宽度调制,简称脉宽调制。利用微处理器数字输出对模拟电路进行控制的一种有效的技术,就是对脉冲宽度的控制。9 M5 Y, t+ a7 O  w

, e' o" @, h3 X& _    这里说的脉冲,就是我们产生的方波。方波就是N个这样的周期连续的产生。
$ X- M* U& E) s4 h8 x: w
0 y- f4 a# X" p6 M! D2 I 6$AM8~4}QGZD~IWQ]9U2UNR.png
+ q/ V4 p' {2 T! G4 A( s- x
$ W! r8 l& X6 C0 e; g* v一个周期内高电平持续的时间就是脉冲宽度(脉宽),而PWM(脉冲宽度调制)就是控制一个周期内的高电平的持续时间。
0 \9 v) R2 V3 v
: |& Z- ~5 ^7 K9 X; {9 u( a( n2、简单的PWM的原理示意图
; X( L+ e: N8 z( ~: p% s( J0 U( N; v9 o  Q  X: g1 `; F
_ES}ZS@BBL5E@O8UEBOLZ~0.png 0 e2 \& X9 X8 K8 z" V
( }& c) w" K* ?2 s0 o3 k9 Z3 D; D
CNT:是当前值寄存器,计数寄存器。
6 r# t- H' ?  K" e2 t3 g' G
' t/ `9 [% ?  J; c4 S' @0 m( eARR:是自动重载寄存器(初始化设定)。6 i" f! N1 I* q# N

! k6 N; e/ q1 ~% N/ V. E& E( PCCRx:比较值寄存器(TIM_SetCompare1()设定修改占空比)。( i5 y7 a/ S  r' a1 b# e
$ F/ ]  g' V0 f' Z" g* B
: L6 D. \6 `' J7 R# u# V6 }
假定定时器工作在向上计数PWM模式下:
0 X4 F/ _6 ~2 v( o  B4 w6 r; M% s; O) \. I0 u7 Q  `9 H7 U$ Z# g
当CNT<CCRx时,引脚输出0,当CNT>=CCRx时,引脚输出1。  ~. L7 I2 r. m; r
" d* a1 F& d: ~, R" t) i
当CNT的值小于CCRx的时候,IO输出低电平(0),  R; J9 _0 `) P" \9 y/ @9 a
  C# l2 T6 _: z9 R7 ~- p2 L2 P
当CNT值大于或等于CCRx的时候,IO输出高电平(1),- O: A5 f# x) e$ m

9 e' |" Q, F3 d/ S当CNT的值达到ARR的时候,就会重新归零,然后重新向上计数,依次循环。
( a- ?" m" F3 p% h; u' s
* }! Z: C: W8 e2 b; Z; _3 @改变CCRx的值就可以改变PWM的输出的占空比。改变ARR的值,就可以改变PWM的输出的频率,这就是PWM的输出原理。
7 Z0 l$ ~9 T' e8 _- o  C" G3 J0 [9 b, G/ b) ?4 A
3、寄存器工作流程:
* a8 S: a3 q7 O( H. p
% }) k( a7 _+ N% y W2AU_8)26BVVR~GQ6M(2}V7.png
" i2 S* D3 S  K; s9 ^' d; }- g+ ]7 \6 x+ c
PWM 模式. |7 P1 r8 x) I0 W
1 X' s3 I. D7 V. R/ O
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,其占空比由 TIMx_CCRx 寄存器值决定。
- |1 H6 k; [( p* P$ C' X
# e$ l& Q7 }' x- o! k* f/ w' k通过向 TIMx_CCMRx 寄存器中的 OCxM 位写入 110(PWM 模式 1)或 111(PWM 模式 2) ,可以独立选择各通道 (每个 OCx 输出对应一个 PWM)的 PWM 模式。必须通过将TIMx_CCMRx 寄存器中的 OCxPE 位置 1 使能相应预装载寄存器,最后通过将 TIMx_CR1寄存器中的 ARPE 位置 1 使能自动重载预装载寄存器(在递增计数或中心对齐模式下)。
" b) {- u* `: t/ d/ P% S: d9 K4 b& w( T( f4 T
由于只有在发生更新事件时预装载寄存器才会传送到影子寄存器,因此启动计数器之前,必须通过将 TIMx_EGR 寄存器中的 UG 位置 1 来初始化所有寄存器。OCx 极性可使用 TIMx_CCER 寄存器的 CCxP 位来编程。既可以设为高电平有效,也可以设为低电平有效。 OCx 输出通过将 TIMx_CCER 寄存器中的 CCxE 位置 1 来使能。有关详细信息,请参见 TIMx_CCERx 寄存器说明在 PWM 模式(1 或 2)下, TIMx_CNT 总是与 TIMx_CCRx 进行比较,以确定是TIMx_CNT =< TIMx_CCRx。
* w& N2 U9 A8 k8 B  F, N
4 Y! p9 {5 O$ z7 D. R) n+ ]因为计数器采用递增方式计数,所以定时器能够在边沿对齐模式下生成 PWM。, m6 \' f9 L! ]6 n

' e3 t3 h1 q! _& ]7 P; K4 J' |4、PWM 边沿对齐模式
4 f4 F! D; q! O! s3 k
# z! X, k% o, s2 i3 g, p3 e' [7 ~以下以 PWM 模式 1 为例。只要 TIMx_CNT < TIMx_CCRx, PWM 参考信号 OCxREF 便为高电平,否则为低电平。如果 TIMx_CCRx 中的比较值大于自动重载值(TIMx_ARR 中),则 OCxREF 保持为“1”。如果比较值为 0, 则 OCxRef 保持为“0”。 图 183 举例介绍边沿对齐模式的一些 PWM 波形 (TIMx_ARR=8)。
7 L2 M& }1 K3 B6 I4 N" i/ D' H7 E& q" u; y7 K% T! f) \! A
9B9NAS7Y}]%HP1G1NQ(D58T.png
! i' ?' u: M. V. K" V5 N) @; w/ S6 E9 D2 f
5、PWM步骤-灯光亮度控制:/ }, |3 w, p+ U, e! n4 b% J$ j
3 b! v, E. \6 {1 V* [$ _
       查看LED的原理图:/ d# ^* }9 ?( \& y7 e9 }7 z8 ]6 {

: \5 ?9 o) \' k  m: U, O 2018121921183783.png
5 r$ T6 L* c' E7 |, i" ?# v 20181219211844467.png
  V1 b! N( C, ^) Y3 N4 d' c, V8 R; h( b1 l! V
  1.         //①根据原理图找到4个引脚:
    & x8 X! p8 B$ g+ L
  2.        PF9可以使用TIM14_CH1,表示可以使用定时器14的通道1产生PWM输出。8 {3 G) z9 q6 |- h- o
  3.         TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct; // 定义的TIM属性结构体变量2 v. s1 H5 R: J3 G) \; G' B
  4.       GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // 定义GPIO类型变量$ _! t5 v5 |$ f4 V
  5.        TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct; // 定义复用功能的变量
    : r1 B- }% a: r) z$ O1 O  C/ @

  6. + M+ B) z$ i# k: ?$ L. U5 k
  7.        ②// 1.初始化时钟:TIM14 和 PF9
    " K- v% d6 i% w% R8 C
  8.        RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);4 r- Y- Y. p  A  B0 `. G* c
  9.   y- Q; G+ W, `4 I7 C) H
  10.        /* TIM3 clock enable */5 N% V5 ^. e1 U8 x+ }& Y7 h
  11.      RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM14, ENABLE);
    7 C: Y% u! o8 e* [8 O& t) t5 f' G; j, b

  12. 3 [  M. h3 I& B
  13.        // 2.配GPIO引脚为复用功能
    . ^2 v( L* t6 C
  14.        /* GPIOC Configuration: TIM14 CH1 (PF9) */
    3 x/ l) w: h  r% w+ k' Z
  15.        GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; // 选择引脚为PF9
    ' j7 a$ ?& J2 }/ l
  16.        GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; // 设置为复用功能6 p3 B5 n, x) i8 D; P$ W/ C6 \
  17.        GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_High_Speed; // 设置输出速度为100MHz# V" [0 o2 }; Z. c% u
  18.        GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; // 设置为推挽输出
    * m6 t. c# I6 F8 ]$ x9 }( y( Z1 k
  19.        GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; // 设置为上拉输出/ K6 N  Y; x0 I
  20.        GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);  // 安装参数
    ! t- m) k! L! j8 c) G

  21. : Q3 c2 Z0 a0 I. ~& {
  22.        // 3.将TIM和引脚的复用功能连接:TIM14和PF9连接起来  m. N# b2 F4 ?7 n. z7 u
  23.        GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_TIM14);1 J1 T4 m$ t8 I7 t& C1 L

  24. 8 ^3 s$ E( n+ y# h, a
  25.        // 4.配置TIM定时器的参数8 d( c: ]$ {0 l6 m- o4 P  x3 \+ X
  26.        TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 100-1; // 设置重装载值 ARR(控制频率)
    1 }& I  \" P0 ~* p" W7 R! g+ Y+ m
  27.        TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 8400-1; // 设置预分频系数:周期(次) 100Hz == 100us
    4 S8 g, u3 ?% D, q" O$ N
  28.        TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // 设置再分频值:TIM_CKD_DIV1就是不分频
    4 M/ x: W3 n, z# O( l5 w' y2 s
  29.        TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 设置计数模式9 {9 @8 G! \7 R: [  j
  30.        TIM_TimeBaseInit(TIM14, &TIM_TimeBaseInitStruct);) r) {( ]) f$ T  i1 N
  31. , @. M: [, k4 X. L9 j
  32.        // 5.配置复用功能:PWM- q! d4 N* v* N* [
  33.        TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // 配置为PWM模式1
    6 i& x5 a2 A' U$ F
  34.        TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; // 开启输出使能
    2 i* V1 @/ r6 f8 ]2 C
  35.        //TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = CCR1_Val; // 初始化配置比较值寄存器7 {. l+ X/ f1 b
  36.        TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; // 配置为高电平有效
    5 S  c! w( o+ i
  37. $ d4 e5 j9 g5 n( w" [( P' F2 L5 s
  38.        // 6.TIM14通道1初始化' E) i) k* f) n- p9 m2 M/ ]: K+ C6 k
  39.        TIM_OC1Init(TIM14, &TIM_OCInitStruct); // TIM14通道1初始化
    6 c0 V8 B+ n4 R& i

  40. 1 v+ e# [! G5 Z6 s
  41.        // 7.设置自动重载比较值CCR1初值,不断产生PWM脉冲
    - X' u8 T( F* X( c' r- ?0 h  K
  42.        TIM_OC1PreloadConfig(TIM14, TIM_OCPreload_Enable);
    - I' t* w0 h4 y6 q$ F+ C: K; {

  43. 0 D, n, q. \  x* }" S; {! _+ N
  44. + M2 O/ G1 Q6 z! A
  45.        // 8.设置自动重装载值(ARR),不断产生PWM脉冲; v5 c1 D+ _( e+ G# w3 Y
  46.        TIM_ARRPreloadConfig(TIM14, ENABLE);
    1 W, j1 l! B& k
  47. : y: \9 `, C7 C! Z
  48.        /* 9.使能定时器14 */" U. }5 D# D2 p2 r4 j; u% b+ V! Z
  49.        TIM_Cmd(TIM14, ENABLE);6 ?# M& r5 f; G( e, x1 O
  50. . ^& E/ I) T: U4 ?' K
  51.        // 10.使能TIM1PWM输出(高级定时器)# k4 b6 W3 h! V0 k) O- G
  52.        //TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE)
    & C; }2 P2 ]0 o% i* R
  53. 5 Y. F; S; _+ e
复制代码

& C8 x1 o2 \' Z1 t# a设置比较值函数9 n& y$ M" ^% g

3 v4 u& H. g( b4 l5 y" `
  1. void TIM_SetCompareX(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Comparex);
复制代码
% H5 g5 {5 K% _8 d+ E2 X, n5 v
. D) G; o, c& V
20181219211907245.png % I- D4 Z; ?4 _3 T
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