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STM32PWM输出的示例分析

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01、PWM介绍

PWM定义：脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，PWM）简称脉宽调制。通俗讲，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

占空比定义：占空比就是高电平所占整个周期的时间，如下图所示:

STM32 PWM输出的示例分析

第一个PWM波，周期为10ms，高电平的时间为4ms，所以占空比为40%，同理第二个PWM波为60%，第三个为80%。

PWM的频率： PWM的频率的整个周期的倒数，所以说上图PWM的周期为1/0.01，也就是100HZ。改变PWM的频率是通过改变整个的周期实现的。所以通过改变高低电平总共的时间、改变高电平占总周期的比例就可以实现任意频率、任意占空比的PWM波。

PWM的用途和优点：电机调速、功率调制、PID调节、通信等等，配置简单、抗干扰能力强，从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。并且让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小，噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响，这是PWM用于通信的主要原因。

02、STM32的管脚复用

STM32没有专门的PWM引脚，所以使用IO口的复用模式。首先确认PWM功能的输出管脚，使用定时器9。从下面的框图中得知，timer9只有两个输出通道，所以timer9只能输出两路PWM。

STM32 PWM输出的示例分析

在STM32F207数据手册中的Alternatefunction mapping图片中，timer9的两个通道分别可以复用为PA2，PA3，PE5和PE6。

STM32 PWM输出的示例分析

03、STM32输出PWM原理

下图中的①部分，在《STM32基础定时器详解》讲解过了，关于影子寄存器，也在《STM32影子寄存器》中讲述，下文不再赘述了。本文将重点在②部分，捕获/对比通道讲解，其中STM32的PWM就是利用对比通道实现的。

STM32 PWM输出的示例分析

Pulse Width Modulation mode allows you to generate a signal with afrequency determined by the value of the TIMx_ARR register and a dutycycle determined by the value of the TIMx_CCRx register。

节选自STM32F207 Reference manual手册

脉冲宽度调制模式可以生成一个信号，该信号频率由TIMx_ARR 寄存器值决定，其占空比则由TIMx_CCRx 寄存器值决定。

从下图可以看出，当CCR寄存器和CNT计数器数值一样时，会产生动作（改变通道对应的GPIO电平）。由于CNT溢出时，重载值由TIMx_ARR寄存器值决定的。所以说TIMx_ARR寄存器值决定周期，而TIMx_CCRx寄存器值决定CNT溢出时，经过多久会产生动作（改变通道对应的GPIO电平），也就是决定了占空比。

STM32 PWM输出的示例分析

以向上计数为例，重载值为ARR，比较值为CRRx

STM32 PWM输出的示例分析

上图可以看出：

  1. 0-t1段,定时器计数器TIMx_CNT值小于CCRx值,输出低电平。

  2. t1-t2段,定时器计数器TIMx_CNT值大于CCRx值,输出高电平。

当TIMx_CNT值达到ARR时,定时器溢出,重新向上计数...循环此过程至此一个PWM周期完成。

上图更加形象的说明了

  1. 信号频率由 TIMx_ARR 寄存器值决定。

  2. 占空比则由 TIMx_CCRx 寄存器值决定。

STM32输出PWM的过程：

1、首先配置GPIO，配置定时器，具体参考一下代码。定时器配置参考《STM32基础定时器详解》。

2、捕获/比较通道使能比较通道。

STM32 PWM输出的示例分析

上图看到，①寄存器名字为：Capture/Compare1register。可以选择从②处输入捕获，也可以选择从从③中输出，也就是我们需要的PWM输出功能。选择捕获通道，还是选择比较通道，在框图中没有找到具体的说明，但在TIMx_CCMR1寄存器CC1S[1:0]控制位使能。

STM32 PWM输出的示例分析

3、使能完输出，就要配置PWM输出了

STM32 PWM输出的示例分析

①TIMx_CCMR1寄存器的OC1M[2:0]位,设置输出模式控制器

110：PWM模式1，111：PWM模式2。

②计数器值TIMx_CNT与通道1捕获比较寄存器CCR1进行比较,通过比较结果输出有效电平和无效电平。

OC1REF=0 无效电平，OC1REF=1无效电平。

③通过输出模式控制器产生的信号。TIMx_CCER寄存器的CC1P位,设置输入/捕获通道1输出极性。

0:高电平有效，1:低电平有效。

④TIMx_CCER:CC1E位控制输出使能电路,信号由此输出到对应引脚。

0:关闭，1：打开。

首先对PWM模式1和PWM模式2进行介绍：

模式1

在向上计数时，一旦TIMx_CNTTIMx_CCR1时通道1为无效电平（OC1REF=0）,否则为有效电平（OC1REF=1）。

模式2

在向上计数时，一旦TIMx_CNTTIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平。

TIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平。

PWM输出高低电平由TIMx_CCMR1:OC1M位和TIMx_CCER:CC1P位共同决定。

总结下来：

模式1:

    CNT

    CNT>CCR为无效电平//(OC1REF =0)

模式2:

    CNT

    CNT>CCR为有效电平//(OC1REF =1)

CC1P:

    0:高电平有效

    1:低电平有效

04、STM32输出PWM配置

分析了原理，那么下面就分析STM32生成PWM的过程。

1、首先要将GPIO设置为复用输出

/* GPIOE clock enable */
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);
  
/* GPIOE Configuration: TIM9 CH2 (PE6)*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP ;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure); 
 
/* Connect TIM9 pins to AF3 */  
GPIO_PinAFConfig(GPIOE, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_TIM9);
GPIO_PinAFConfig(GPIOE, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_TIM9);

2、配置定时器向上计数，配置定时器频率

/* TIM9 clock enable */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM9, ENABLE);
 
/* Compute the prescaler value */
PrescalerValue = (uint16_t) ((SystemCoreClock) / 2000000) - 1;
 
/* Time base configuration */
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000-1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = PrescalerValue;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
 
TIM_TimeBaseInit(TIM9, &TIM_TimeBaseStructure);

3、配置PWM输出

上面分析过程较为麻烦，ST提供了标准外设库，我们只需要配置TIM_OCInitTypeDef结构体即可。

TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
 
/* PWM Mode configuration: Channel1 */
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 100-1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
 
TIM_OC1Init(TIM9, &TIM_OCInitStructure);
TIM_OC1PreloadConfig(TIM9, TIM_OCPreload_Enable);

TIM_OCInitTypeDef结构体解析

typedef struct
{
  uint16_t TIM_OCMode;      //PWM模式1或者模式2
  uint16_t TIM_OutputState; // 输出使能OR失能
  uint16_t TIM_OutputNState;  // PWM输出不需要
  uint32_t TIM_Pulse; // 比较值
  uint16_t TIM_OCPolarity;// 比较输出极性
  uint16_t TIM_OCNPolarity;   // PWM输出不需要
  uint16_t TIM_OCIdleState;// PWM输出不需要
 uint16_t TIM_OCNIdleState; // PWM输出不需要
}TIM_OCInitTypeDef;

其中TIM_Pulse可以在初始化时设置，设置完毕后，也可以通过以下接口再次更新。

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t Compare1)

4、使能定时器

TIM_ARRPreloadConfig(TIM9, ENABLE);
 
/* TIM9 enable counter */
TIM_Cmd(TIM9, ENABLE);

使用timer9输出PWM的波形

STM32 PWM输出的示例分析

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