做STM32智能小车的实验中会用到定时器PWM输出，来改变直流电机的转速。分享本文了解如何通过PWM实现对电机速度的控制。

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PWM控制电机速度的基本原理

    PWM(Pulse Width Modulation)，也就是脉冲宽度调制。
0 f" n& d9 X% @3 A& }. h. Q! h

    PWM中有一个比较重要的概念，占空比：是一个脉冲周期内有效电平在整个周期所占的比例。

    为了实现IO口上电压的持续性变化，可以调节PWM的占空比。这也能够使外设的功率进行持续性变化，最终控制直流电机转速的快慢。如何调节PWM波形的输出就是重点。

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   上图中的ARR是我们给定时器的一个预装载值，CCRx的上下变化是产生PWM波的关键。我们假设ARR大于CCRx的部分输出为高电平（即t1-t2、t3-t4、t5-t6），ARR小于CCRx的部分输出为低电平（即0-t1、t2-t3、t4-t5），则改变CCRx的值就能改变输出PWM的占空比。因此，想要控制PWM的输出波形，重要的就是如何设置ARR与CCRx这两个寄存器的值了。

STM32定时器中断

    为了便于理解接下来关于PWM应用的内容，先插一段定时器中断的知识。

    产生定时中断是定时器的用法之一，与定时器用来进行PWM输出和输入捕获相比，定时器中断更容易理解、掌握。

原理简介
    使用通用定时器进行中断的原理，其实和开发板Systick定时器进行中断延时很相似（Stm32入门——Systick定时器），即：用psc(预分频系数)设置好定时器时钟后，arr（预装载值）在每个时钟周期内减1，当arr减为0时触发中断然后进入中断处理程序进行中断处理。以下代码为例：

1. void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
   , K' I; b2 F0 H4 b$ h: `* e# q
2. {
   
3.   RCC->APB1ENR|=1<<1;  //TIM3时钟使能   
   1 [  m3 k$ ~! [1 T& p( H
4.    TIM3->ARR=arr;    //设定计数器自动重装值
   & _2 m' h0 n1 K, L' y" h7 ^
5.   TIM3->PSC=psc;    //预分频器设置
   
6.   TIM3->DIER|=1<<0;   //允许更新中断        
   " ?" P! n( _. j. D7 N; u
7.   TIM3->CR1|=0x01;    //使能定时器3
   1 U" Q  g  A6 o" ?* Y+ }: d6 l0 S
8.     MY_NVIC_Init(1,3,TIM3_IRQn,2);//抢占1，子优先级3，组2                  
   & m8 g# J. C; C0 P. G2 S' I
9. }

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1. RCC->APB1ENR|=1<<1

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' }; `" s: h( A' s

    解释一下上面这行代码，由于定时器3（TIM3）是挂在APB1上的外设，所以要打开APB1，这里的预分频器值psc是来设置TIM3的时钟频率的，如果系统时钟（SYSTICK）频率为72MHz、psc为7199，则TIM3的时钟频率就为：

1. 72MHz/(7199+1)Hz = 10KHz    //这里的“+1”是手册中规定的。

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    10KHz是什 么意思呢？就是一秒钟会产生10K个周期，那么一个周期的时间长度就是1/10KHz，如果你想将定时器中断的时间间隔设置为0.5秒，那么你将arr设置为5000即可，因为arr每减1就需要一个周期的时间，减5000次就经过了5000*（1/10KHz）=0.5秒。

1. TIM3->DIER|=1<<0

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* |% w7 [" f5 s7 D7 g8 |) `  g( ]

    再解释下上面这一行，设置允许更新中断，即arr减到0以后可以触发更新中断，还有其他类型的中断。

1. MY_NVIC_Init(1,3,TIM3_IRQn,2);//抢占1，子优先级3，组2

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    看上面这行代码，中断优先级有抢占优先级和响应（即子优先级）优先级两种，抢占优先级即：若程序1正在使用CPU，这时如果程序2要求使用CPU，并且程序2的抢占优先级高，则CPU被程序2抢占；若两者抢占优先级相同，则就算程序2的响应优先级高于程序1，CPU也不能被抢占；若程序1正在使用CPU，程序2和程序3的抢占优先级等于或低于程序1，且程序2的响应优先级高于程序三，则待CPU空出后，程序2先运行，程序3最后运行。TIM3_IRQn是指定将要运行的中断处理程序号。“组2”是设置中断优先级分组的，这是因为寄存器提供了四位来设置优先级，组2代表的是前两位给抢占优先级，后两位给响应优先级。

PWM模式、有效电平

    前面介绍完中断，再说一下PWM工作原理。

    假设上图中ARR大于CCRx时输出为高电平，ARR小于CCRx时输出为低电平，但在实际运用中可能并非如此，有可能是相反的情况——ARR大于CCRx时输出为低电平，ARR小于CCRx时输出为高电平，至于到底是哪种情况，还要看PWM是哪种模式、有效电平又设置的是何种极性了。

• 模式1：ARR小于CCRx时输出为“有效”电平，ARR大于CCRx时输出为“无效”电平。
  + p- ~, {  H( A! k6 g' w
• 模式2：ARR小于CCRx时输出为“无效”电平，ARR大于CCRx时输出为“有效”电平。
  
  4 Q9 r# c% e/ \$ H7 Z. ?

    这里说的是“有效”和“无效”，而不是“高”和“低”，也就是说有效电平可高可低，并非一定就是高电平。PWM模式、效电平极性，需要程序员自己配置相关的寄存器来实现。通过下面的代码来讲解。

1. TIM1_PWM_Init(899,0);//不分频。PWM频率=72000/(899+1)=80Khz

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    上一小节讲过关于定时器参数的设置。使用定时器1的通道1来输出一路PWM波，这里的899设置的就是ARR的值，至于那个0是用来设置TIM1的频率的，不分频就代表TIM1的时钟频率和系统时钟相同，这里假设为72MHz。
" |5 K+ i- R; c% W/ g! G3 I( d% }+ \9 m

1. void TIM1_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
   
2. {               
   
3. //此部分需手动修改IO口设置
   
4.   RCC->APB2ENR|=1<<11;   //TIM1时钟使能   
   ) e( a8 d' Y  i4 r% o0 _/ s9 {4 c
5.   GPIOA->CRH&=0XFFFFFFF0;  //PA8清除之前的设置
   / m& Q/ i  J! N9 T' @0 w* J
6.   GPIOA->CRH|=0X0000000B;  //复用功能输出
   # t: h, o3 S$ }8 U% j9 Z
7. 
   
8.   TIM1->ARR=arr;      //设定计数器自动重装值
   , h& R8 A' ]' M; G& ^; J1 R' N" Y  ]
9.   TIM1->PSC=psc;      //预分频器设置
   
10. 
    
11.   TIM1->CCMR1|=7<<4;    //CH1 PWM2模式     
    
12.   TIM1->CCMR1|=1<<3;     //CH1预装载使能   
    # r$ W0 J4 y  H
13.    TIM1->CCER|=0<<1;     //OC1 输出使能     
    
14. //TIM1->CCER|=1<<1;
    
15. 
    6 M+ W' }. Q; z
16.   TIM1->BDTR|=1<<15;     //MOE 主输出使能     
    4 [$ m9 A6 z5 R5 l' E/ b
17. 
    , @! [, k# h$ x, R6 W& b% V
18.   TIM1->CR1=0x0080;     //ARPE使能
    . ^0 k* Y( t$ j; F9 d
19.   TIM1->CR1|=0x01;      //使能定时器1                       
    
20. }

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    下文具体分析上面的代码。
/ e5 l! T: A( x/ D4 W( P

    前面4-6行是用来配置GPIO口的。

1. TIM1->ARR=arr; //设定计数器自动重装值
   
2. TIM1->PSC=psc; //预分频器设置

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TIM1->ARR=arr; //设定计数器自动重装值TIM1->PSC=psc; //预分频器设置

    这两行就是我上门提到的设置定时器的频率和重装载值。

1. TIM1->CCMR1|=7<<4; //CH1 PWM2模式
   $ c% p" g8 t; {
2. TIM1->CCMR1|=1<<3; //CH1预装载使能
   
3. TIM1->CCER|=0<<1; //OC1 输出使能

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    这三行是用来设置PWM输出模式和设置通道的，通道是什么呢？简单地讲就是输出PWM波的GPIO口，代码一开始不是设置了PA8这个GPIO口嘛，这个PA8就是通道1。使用通道的话要先进行输入输出方向、通道使能的设置。

1. TIM1->CCER|=1<<1;

复制代码

+ x% }9 w" _( p% J) x9 A

    这行代码是用来设置“有效电平”极性的，根据手册，当TIM1->CCER[1]这位置1时，有效电平为低电平，置0时有效电平为高电平，而默认情况下置0。

1. TIM1->BDTR|=1<<15; //MOE 主输出使能

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& u# `7 k. k( `* B* F8 F& K7 N

    这行代码只要对高级定时器进行设置，普通定时器无需设置。

1. TIM1->CR1=0x0080; //ARPE使能

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    这行代码是用来使能ARPE，ARPE是什么呢，就是当它被置1时，你自己设置的CCRx会立即生效，如果它被置为0，那么你自己设置的CCRx值不会立即生效（可能之前ARPE已经有值了），而是当之前设置的CCRx生效后才会使用你最新设置的CCRx值。
- i, m& Q% T( e/ R

上面的代码里没有对CCRx进行设置，这是因为CCRx常常是一个变化的值，你可以在主函数中用一个for循环+if判断语句对它进行++或–的操作，从而达到连续改变CCRx值得目的，例如：

1. for(i=0;i<300;i++){
   
2.   TIM1->CCR1=i;
   0 X8 m  }$ l6 i/ ?
3. if(i==300){
   
4.     i=0;
   
5.   }
   : {( Z7 r6 H8 R. W6 c& @" h
6. }

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    PWM波的周期是由定时器时钟频率和预装载值两者决定的，预装载值就是ARR。

    预装载值PSC设置为899，那么，当定时器的当前值val从0增加到899时，一共经过了900个时钟周期，这900个时钟周期会产生一个PWM波形，也就是说900个定时器时钟周期才相当于一个PWM周期，那么PWM的频率就为72MHz/900=80KHz，周期为1/80KHz。

) U) k4 H) t3 Z5 x) U8 I  x- P8 }

转载自：单片机与嵌入式