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基于STM32的Timer 结合 DMA 2D 通道实现不同波形输出

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STMCU小助手 发布时间:2023-10-27 16:14
01问题背景
客户需要使用 MCU 输出正弦波,但受限于 MCU DAC 数量不足,建议尝试使用 PWM加滤波方式产生正弦波。同时要求正弦波与固定电平交替输出。因此可用一个 TIM 输出PWM,同时用另一个 TIM 来定时切换输出正弦波或固定电平。

  \& f) K8 ]% P* _
使用 TIM 输出 PWM 产生正弦波形时,需要结合 GPDMA 来实现。在 STM32U5 系列中,GPDMA 共有 16 个独立通道,其中 12-15 通道还具有 2D addressing/ repeat 功能。因此也可以使用一个 TIM 加 GPDMA 的一个 2D 通道实现 PWM 波形切换功能。
$ ^! x( O  {- k1 r
02产生PWM
本文按以下配置产生 PWM,在 U575 NUCLEO 板测试:
(1)MCU 主频:100MHz
(2)PWM 频率 2MHz(周期 500ns),脉宽可调范围 0~50 个计数时钟,
(3)每个正弦波周期(10us)对应 20 个 PWM 脉冲,各 PWM 脉宽用计数时钟表示分别为:25, 33, 40, 45, 49, 50, 49, 45, 40, 33, 25, 17, 10, 5 , 1 , 0 , 1 , 5 , 10, 17
(4)将步骤 3 中的正弦波重复 1000 次,对应 10ms 的连续正弦波形

4 E) T% n" o" }* m
2.1. STM32CubeMX 生成测试工程
/ U# O4 T' |( M5 G( {2 x) |9 n
2.1.1. TIM1 CH1 PWM 配置

$ T& j4 n; x# \
微信图片_20231027161312.png
4 `" K9 c' S# i/ S4 r% Q( O
图1. TIM1 CH1 PWM

2 y. D- S& x3 B1 t/ f
2.1.2. GPDMA CH12 配置
0 Y$ ^7 t/ J/ O& {; v; A* \9 N
选用 GPDMA 通道 12,并配置为循环模式:
* J* y3 @) L' D7 W  ~( Q
微信图片_20231027161309.png
( P7 ?4 Q5 k- t; T$ U. c
图2. GPDMA CH12
" B! T0 j) J2 L& p. h) P4 O) O: u
2.1.3. GPDMA Linked List 配置
. {3 u7 P# Z. I
创建 Linked List Queue,并配置为搭配 GPDMA 2D 功能通道使用。创建两个节点,TN1, TN2,并使用循环模式,指定首个循环节点为 TN1。

" C4 F3 P4 a% S; y
微信图片_20231027161305.png
7 q4 y9 n8 d7 S
图3. Linked List
7 M9 p/ E6 O0 J( x/ ]* J: M" P0 X
TN1 节点配置,由此节点结合 TIM 来产生 PWM,并滤波成正弦信号:
(1)TIM1 更新事件作为 DMA 请求
(2)使能 2D 功能,一个 block 传输完成后,回退到数组起点,重新传输
(3)使能 Repeat 功能,重复 block 传输 1000 次
首先使能了 TrustZone 架构,然后将 LPGPIO 映射到了非安全区,并且配置了 DMA 链表功能,使用 LPTimer 作为触发,自动地修改 LPGPIO 的寄存器,从而达到在低功耗模式下,GPIO自动切换的功能。但遇到了 LPDMA 的配置问题,并且程序无法跳转到 Non-Secure 工程。

( [5 S1 V$ a6 n9 x6 ]
微信图片_20231027161301.png
9 b$ D2 @% [5 T; V/ |, Y) _
图4. Linked List Node1
: F2 l% a4 ]- X: F% T# o; b, I6 X
TN2 节点配置,与 TN1 节点类似,用于切换到第二组数据产生第二种波形
2 ~) Z& S; C1 [; ]: b
微信图片_20231027161258.png / m5 U" O) d: F& l! H% ~
图5. Linked List Node2
# A' F( D  ^! ^5 R2 T+ d
2.2. 测试代码
7 H9 r) O; T) [4 K1 H
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( }: r: v5 h! K* w* t( r' U" Q

, `9 d, \+ G8 s* w  ]3 z
GPDMA Linked List 模式执行流程

1 w6 F. v! Y- C% y! \" `( ~/ n
微信图片_20231027161252.png
$ t+ T" p/ r- U7 r. `( I$ q5 f
图6. Linked List 执行过程及期望输
6 u& n  |4 n4 g  Y
03PWM滤波输出
) {- R$ [/ p2 ^5 m
在 U575 NUCLEO 板上测试,结果如下:
9 V8 f" y# _- |8 r6 B9 D5 y5 {
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4 k1 d, r6 M" R# {) `) ~
图7. 实际输出

4 A7 |8 @1 ^" H# ]- D. x" T
从实测结果来看,滤波后的正弦波频率,波形持续时长都符合预期。另外,与通过额外 TIM 计时来切换 PWM 输出的方式相比,使用 Linked List repeat 这种方式,正弦波与固定电平输出之间切换更平滑。

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微信图片_20231027161244.png . e9 G& u% Z, v" q8 W- B" a( h
图8. 额外 TIM 计时来切换 PWM 输出

6 V  S8 B. w, q( v! L( d" e
04小结
通过使用 GPDMA Linked List 模式,使用 2D addressing repeat 功能,能方便实现这种多种波形切换的应用场景。如 Node1 与 Node2 使用不同的数据长度和重复次数,则可得到不同时长的两种波形;通过增加更多 Node,则可得到多种不同波形。

5 J* Z3 H+ @4 ~- |5 R# @; r转载自: STM32单片机* n, o& a3 s/ p7 ^  y
如有侵权请联系删除
4 E6 u3 S: _0 E4 e9 N1 {3 j1 m3 I; @2 O2 e- F9 {( k: V

0 m% z9 x/ J4 ?& W. K
收藏 评论2 发布时间:2023-10-27 16:14

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2个回答
STMWoodData 回答时间:2023-10-27 17:30:57

学习学习

xu@xupt 回答时间:2023-11-2 14:58:49

学习啦~~

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