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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。

5 {4 N( u4 G0 P5 |  k; C
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。

/ y' I  n2 c3 r% A  x: `9 s0 F. ~# G7 ~
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 t* V# r$ ~
2.1. STM32CubeMX 生成测试工程

  t3 R* b2 z0 u( J5 m% c
2.1.1. TIM1 CH1 PWM 配置
( K2 q% Z- P9 @% Q6 {& E
微信图片_20231027161312.png - J! J$ Y/ |: Q' m( H4 o
图1. TIM1 CH1 PWM

) [7 |. h7 X. N- l' @3 H6 x  h
2.1.2. GPDMA CH12 配置
, U, t+ j& V) X5 g9 G2 \
选用 GPDMA 通道 12,并配置为循环模式:

9 m/ }$ {6 r: T! D  [
微信图片_20231027161309.png * o2 D1 J! ?" ^5 |7 }
图2. GPDMA CH12

1 y# R  W& S" E% F3 s6 A' K
2.1.3. GPDMA Linked List 配置
5 M  v7 M6 b1 P1 p
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。

; p% o. c/ W2 G; W7 v! E% m
微信图片_20231027161305.png
8 H, l. d8 D# x- T/ F/ I
图3. Linked List
! ^/ ^! j8 W5 \! ?3 p# {. B
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。

& r  X9 i2 s4 F6 V0 p7 X
微信图片_20231027161301.png
% [0 ~6 U( S) p' r+ W
图4. Linked List Node1
9 ?; X2 m! j0 L; |
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

  L7 e, r( m3 ]/ O4 F- a; Y% m: J6 F
微信图片_20231027161258.png
/ N2 y( G  o' x
图5. Linked List Node2

4 M' b8 s- w4 I
2.2. 测试代码
  f6 d4 G$ |1 i/ J. U
微信图片_20231027161255.png
7 p, X( x4 L& ~8 b3 X7 n5 Y( m
1 V; L; p  F( |
GPDMA Linked List 模式执行流程
, P; n7 a0 \0 t$ ^1 K! S, K+ g4 F
微信图片_20231027161252.png
/ ^! w9 Y2 E+ |3 ?2 G7 H) X
图6. Linked List 执行过程及期望输

+ `  F; n/ {- h' j7 e9 G
03PWM滤波输出

5 i& W' u: G- ^. Y( @
在 U575 NUCLEO 板上测试,结果如下:
+ k2 }+ X1 ?" Z
微信图片_20231027161248.png ' T# ^! s+ w' y, M" X3 t$ T  m
图7. 实际输出
# M! W2 l0 g3 \. M3 [) L5 W
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。

# }" J* p5 B6 P8 q
微信图片_20231027161244.png 0 N3 u# _4 C0 r% V1 w% {; H
图8. 额外 TIM 计时来切换 PWM 输出

9 ^$ @: V+ V: Z+ f/ b3 z1 B
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。
$ Q! ^' T5 Y6 L1 s8 n
转载自: STM32单片机
2 v  K: a. E. d, A% K) c如有侵权请联系删除$ \: n7 {# W* H4 v

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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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