硬件机制实现固定个数的 PWM 脉冲输出

STMCU小助手 · 2022-08-02T10:26:15+00:00

前言 5 R# m6 t5 t/ tSTM32 高级定时器提供了丰富可调的功能。应用中，需要输出固定个数 PWM 脉冲时，可以利用 STM32 高级定时器的硬件机制，实现在不占用 CPU 资源的情况下，输出固定 PWM 脉冲数。本文利用 STM32CubeMX，介绍如何利用 STM32 的高级定时器实现固定个数 PWM 脉冲的输出。 , T9 k+ A- Z3 d+ f- `, d , l, r$ _2 d/ |* k$ ~; O# V / ]! K% m+ a2 r6 a一实现机制 2 L5 y _' ]. y* ?2 G( X& n 利用 STM32 定时器的 PWM 模式和单脉冲模式，结合高级定时器独有的重复计数（TIMx_RCR 寄存器）功能，实现固定个数 PWM 脉冲的输出。实现机制如下图所示。9 j, d5 V1 ~; @9 T* A' E 6 E5 v# e/ L. Z- [. a * B9 v7 h* F% j5 l* ?0 D E & ^! e: `9 A( Y$ S$ O2 f% M/ q' j% L) F7 ~5 T ' n, s# `) ~. E+ U S6 F根据应用需要，利用自动装载寄存器（TIMx_ARR）、预分频寄存器（TIMx_PSC）等配置对应的 PWM 周期；利用自动装载寄存器（TIMx_ARR）、TIMx_CCRx 配置需要的占空比；利用 TIMx_RCR 配置需要的脉冲个数，TIMx_RCR 的范围为 0~255，所以利用这种机制，输出 PWM 脉冲的个数在 1~256 范围内。* P8 S: X6 n+ @% {, d 在启动 PWM 前，开启单脉冲模式（单脉冲模式会在更新事件发生时，停止计数器），高级定时器在输出对应个数的PWM 脉冲后自动停止，实现输出固定个数 PWM 的需求。更多关于配置细节的介绍请参考文档 RM0090。 , n$ f* q( t( I$ |! v: j) p- i; N( y3 R ~% r% M! ~/ R8 _ 3 n; q) K( f% ?1 |9 g7 K' }, [( T5 f 二实现例 S3 Q: s% a# B$ {9 ]9 X: I7 M, v 首先利用 STM32CubeMX 生成 PWM 输出的初始化工程，然后介绍如何通过简单的添加，实现固定个数 PWM 脉冲的输出。3 r- y8 \$ W5 f) y 本文中例程基于 STM32F4xG-Eval 板和 HAL 驱动库，利用高级定时器 1 的通道 3 输出 PWM 脉冲。为简化演示环节，本文中不对 STM32 时钟、PWM 周期等配置来源做细节讨论，具体实现可参考 STM32 参考手册中定时器章节，以及 ST 提供的PWM 例程。实现步骤如下（开发者也可以直接在 PWM 例程上做修改实现，从而省略 STM32CubeMX 生成工程的步骤）： 3 _/ A6 W7 `# s8 h/ C$ g. d1. 利用 STM32CubeMX 获取 PWM 输出的初始化工程。 " F6 Z7 H7 j0 Y/ C* O, X9 [a. 选择对应的目标微控制器（本文采用 STM32F407IG），选择调试接口、外部时钟（根据硬件平台情况）、8 i0 s6 l9 u, x, c" ? I! Y 高级定时器 1 通道 3 选择‘PWM Genration CH3’（其他通道也支持）。 0 `0 P6 {# B8 y% \ * u5 \0 V7 i. C, x7 V$ ~* b* H" k* L" e7 k4 F C! f ( k) z: E' c. \) h* ~7 e # q4 n7 ?. u. [+ P 7 _' j" R* h' q$ x1 R& ]6 Q; B" qb. 切换至‘Configuration’标签页，单击‘TIM1’打开 TIM1 配置界面。配置如下。) H6 \4 [& m& b, }2 e' p8 _ 4 B6 Y Z6 G, `; H& W " \2 O/ R" z# |' I7 ~( z , Q$ T0 c% A& h; \: ^ 8 _$ l# K" h) ?3 R& w& [0 i ! b9 q* `1 O3 R" ]4 z Repetition Counter 决定了 PWM 脉冲个数（Repetition 值 + 1）。更多详细介绍请参考对应 STM32 的参考 : e; i7 j9 z! i手册中定时器章节。 ) k* c, w: {( M" M3 e3 O! y# h! u* L5 c L2 k- x 2. 在生成工程的 main.c 中，添加单脉冲模式的支持，实现固定个数 PWM 脉冲的输出。6 a' u/ ^* r4 X 下述指令，产生固定个数的 PWM 脉冲，然后 PWM 输出自动停止。注：停止时，电平对应为 CH Polarity 设置状态。2 M& A6 [$ _% V# @, q /* USER CODE BEGIN 2 */ 4 d; S% O, K. ]* O+ t. C. V" O /* Reset the OPM Bit */ N2 u r8 F9 O7 l' L* G5 h) o htim1.Instance->CR1 &= ~TIM_CR1_OPM; , Y' g) k; o; L. c: [1 x /* Configure the OPM Mode */ 6 c0 T% M$ a' L2 j S6 b htim1.Instance->CR1 |= TIM_OPMODE_SINGLE; # D) ?- z1 g! @; h+ ?1 N+ p, }9 z. E1 V $ s D; J' N' t. y$ {% r if(HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3) != HAL_OK) ! m% }$ P" q0 T) R0 R { - J$ u% k$ P* ]( C# R2 } /* PWM Generation Error */ : `" m3 X# a' J2 C3 I( L1 S! } Error_Handler(); ) X* t% z& O6 U! e: K& L } $ ? a6 g+ }- T; b2 k; v7 J' g /* USER CODE END 2 */ 复制代码3 T$ C4 z: U( u! `2 r, {) C 按照上述配置及调用，输出 PWM 脉冲如下图所示。) Y) F. n2 ?# b. [ 另外，在再次启动时，如果需要更改 PWM 脉冲个数，仅需更改重复计数器参数即可，如下方式所示（输出 10 个 PWM脉冲）。* U. q# u g# F8 X4 A( c htim1.Init.RepetitionCounter = 9; 5 i' e3 g6 j" m- Y; A. g if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim1) != HAL_OK) ( y% W" ^9 D% x5 |8 z" w; E { , Q/ `$ U+ c: N6 O; `1 K /* PWM Generation Error */ $ c$ {5 [* i( w. l9 A4 O/ y Error_Handler(); 6 |! D( ?- r$ x9 h; m, D } ) a+ p3 N: k- s. Z4 V6 M if(HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3) != HAL_OK) ' H9 ~4 ~& v- g( W" z4 w { 4 S+ z: C9 S* W# D8 k5 o5 p /* PWM Generation Error */ 8 l2 I2 L' |% Y6 ]7 V3 |% i0 i Error_Handler(); : ]% d3 ^- G9 S* k; V } 复制代码$ z, y$ c9 w" p & i$ Q& X* M6 v' l) i 三小结 $ w9 u) g5 J6 d9 m5 }! @通过使用高级定时器独有的重复计数器，能够在不占用 CPU 资源的情况下，实现固定 PWM 脉冲数的输出。如果没有额外高级定时器可用，可以利用普通定时器，通过在比较中断中计算产生 PWM 脉冲数，到达指定的 PWM 脉冲数时关闭定时器实现，这种方式会占用少量 CPU 资源处理中断服务。! s+ _) Q) j5 @/ K9 i) y : G Y! ^" ?1 ~. {- A, m4 Q ' [) {0 H6 A9 v. o0 j完整版请查看：附件$ T O+ P; l( A - x) D. u# A; Y7 P! y2 G4 Q* |% {+ }8 {& l* t 6 O% a2 c& p2 o+ q0 o* B8 j % B( k" L$ D3 r% C S

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STMCU小助手发布时间：2022-8-2 18:26

技术帖
文章封面:
文章简介:	硬件机制实现固定个数的 PWM 脉冲输出

前言
STM32 高级定时器提供了丰富可调的功能。应用中，需要输出固定个数 PWM 脉冲时，可以利用 STM32 高级定时器的硬件机制，实现在不占用 CPU 资源的情况下，输出固定 PWM 脉冲数。本文利用 STM32CubeMX，介绍如何利用 STM32 的高级定时器实现固定个数 PWM 脉冲的输出。

一实现机制
利用 STM32 定时器的 PWM 模式和单脉冲模式，结合高级定时器独有的重复计数（TIMx_RCR 寄存器）功能，实现固定个数 PWM 脉冲的输出。实现机制如下图所示。

根据应用需要，利用自动装载寄存器（TIMx_ARR）、预分频寄存器（TIMx_PSC）等配置对应的 PWM 周期；利用自动装载寄存器（TIMx_ARR）、TIMx_CCRx 配置需要的占空比；利用 TIMx_RCR 配置需要的脉冲个数，TIMx_RCR 的范围为 0~255，所以利用这种机制，输出 PWM 脉冲的个数在 1~256 范围内。
在启动 PWM 前，开启单脉冲模式（单脉冲模式会在更新事件发生时，停止计数器），高级定时器在输出对应个数的PWM 脉冲后自动停止，实现输出固定个数 PWM 的需求。更多关于配置细节的介绍请参考文档 RM0090。

二实现例
首先利用 STM32CubeMX 生成 PWM 输出的初始化工程，然后介绍如何通过简单的添加，实现固定个数 PWM 脉冲的输出。
本文中例程基于 STM32F4xG-Eval 板和 HAL 驱动库，利用高级定时器 1 的通道 3 输出 PWM 脉冲。为简化演示环节，本文中不对 STM32 时钟、PWM 周期等配置来源做细节讨论，具体实现可参考 STM32 参考手册中定时器章节，以及 ST 提供的PWM 例程。实现步骤如下（开发者也可以直接在 PWM 例程上做修改实现，从而省略 STM32CubeMX 生成工程的步骤）：
1. 利用 STM32CubeMX 获取 PWM 输出的初始化工程。
a. 选择对应的目标微控制器（本文采用 STM32F407IG），选择调试接口、外部时钟（根据硬件平台情况）、
高级定时器 1 通道 3 选择‘PWM Genration CH3’（其他通道也支持）。

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b. 切换至‘Configuration’标签页，单击‘TIM1’打开 TIM1 配置界面。配置如下。

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Repetition Counter 决定了 PWM 脉冲个数（Repetition 值 + 1）。更多详细介绍请参考对应 STM32 的参考
手册中定时器章节。

2. 在生成工程的 main.c 中，添加单脉冲模式的支持，实现固定个数 PWM 脉冲的输出。
下述指令，产生固定个数的 PWM 脉冲，然后 PWM 输出自动停止。注：停止时，电平对应为 CH Polarity 设置状态。

/* USER CODE BEGIN 2 */ 4 d; S% O, K. ]* O+ t. C. V" O
/* Reset the OPM Bit */ N2 u r8 F9 O7 l' L* G5 h) o
htim1.Instance->CR1 &= ~TIM_CR1_OPM;
, Y' g) k; o; L. c: [1 x
/* Configure the OPM Mode */6 c0 T% M$ a' L2 j S6 b
htim1.Instance->CR1 |= TIM_OPMODE_SINGLE;
# D) ?- z1 g! @; h+ ?1 N+ p, }9 z. E1 V
$ s D; J' N' t. y$ {% r
if(HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3) != HAL_OK)! m% }$ P" q0 T) R0 R
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Error_Handler();) X* t% z& O6 U! e: K& L
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/* USER CODE END 2 */

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按照上述配置及调用，输出 PWM 脉冲如下图所示。
另外，在再次启动时，如果需要更改 PWM 脉冲个数，仅需更改重复计数器参数即可，如下方式所示（输出 10 个 PWM脉冲）。

htim1.Init.RepetitionCounter = 9;
5 i' e3 g6 j" m- Y; A. g
if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim1) != HAL_OK)
( y% W" ^9 D% x5 |8 z" w; E
{
, Q/ `$ U+ c: N6 O; `1 K
/* PWM Generation Error */$ c$ {5 [* i( w. l9 A4 O/ y
Error_Handler();6 |! D( ?- r$ x9 h; m, D
} ) a+ p3 N: k- s. Z4 V6 M
if(HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3) != HAL_OK)' H9 ~4 ~& v- g( W" z4 w
{
4 S+ z: C9 S* W# D8 k5 o5 p
/* PWM Generation Error */8 l2 I2 L' |% Y6 ]7 V3 |% i0 i
Error_Handler();: ]% d3 ^- G9 S* k; V
}

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三小结
通过使用高级定时器独有的重复计数器，能够在不占用 CPU 资源的情况下，实现固定 PWM 脉冲数的输出。如果没有额外高级定时器可用，可以利用普通定时器，通过在比较中断中计算产生 PWM 脉冲数，到达指定的 PWM 脉冲数时关闭定时器实现，这种方式会占用少量 CPU 资源处理中断服务。

' [) {0 H6 A9 v. o0 j完整版请查看：附件