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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。
+ d: D- J7 q  ^* r7 T' v
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。
" @, _+ G  E) E! k1 M7 `
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

) i) V- v1 G2 F+ O  f
2.1. STM32CubeMX 生成测试工程
7 T4 Q1 p4 n' R* W$ b
2.1.1. TIM1 CH1 PWM 配置
9 p( H; g9 H. L6 b' V
微信图片_20231027161312.png & L; [! h' h5 y4 k- O* r
图1. TIM1 CH1 PWM
+ ~; Q: h  s. l2 \( h" G
2.1.2. GPDMA CH12 配置

, Q. q6 M! u1 ]" i9 l
选用 GPDMA 通道 12,并配置为循环模式:
0 e  ?  x8 }3 \, P# P; V
微信图片_20231027161309.png 2 F7 Q" y/ [% ~
图2. GPDMA CH12

: u) ]4 @: W! E1 o
2.1.3. GPDMA Linked List 配置

% _" D+ X0 Y, }  _2 C
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。

5 O: ~+ v1 Q: ^
微信图片_20231027161305.png 6 @- e+ K' j& Q& H) l
图3. Linked List
/ r+ H- I# Z9 A' t2 y6 y! d
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。
$ N! p% }$ s- J/ ^+ C& Z
微信图片_20231027161301.png
/ T6 G: A, X  f- X0 T, x
图4. Linked List Node1

4 Q% ^' K1 z, O& l; Q9 R" k8 Q: 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
, |$ o9 l* g7 k
微信图片_20231027161258.png 0 t$ b% M6 N; ?
图5. Linked List Node2

6 e! g# [0 M& |. w5 s; s
2.2. 测试代码
4 q& u1 u1 J# q1 y0 [
微信图片_20231027161255.png ( `6 F1 b- J% s! l$ }! j& i
& c* E" `5 \# u  U/ N1 a
GPDMA Linked List 模式执行流程

1 f' s2 C2 q9 p1 V  r$ S% D7 |
微信图片_20231027161252.png
0 P& V. B3 w, s3 P
图6. Linked List 执行过程及期望输

" |+ F9 E" S* G# n$ C- b* }- q) y' ~
03PWM滤波输出
0 O  i2 ?* I7 ^; m: C
在 U575 NUCLEO 板上测试,结果如下:

# I4 T% J  x, n0 j
微信图片_20231027161248.png
( d* S% S: P) N, d, {! P; ]- N
图7. 实际输出
8 D) s( K# b) g( I3 A* i
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。
$ o9 |0 Y% K; f2 U" H
微信图片_20231027161244.png
6 ?, {6 z; X# u  _0 O) G; ?
图8. 额外 TIM 计时来切换 PWM 输出

: c) U+ N8 q1 @- F4 ^) B5 ]" ?
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。
) R8 |( I  `: T. a  T, x  ]
转载自: STM32单片机% n8 j: N5 D- k% |. Z6 y
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# W& f! D$ X; {- Z8 N1 q" x
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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