【微处理器系统原理与应用设计第十二讲】通用定时器设计二之PWM波实现呼吸灯的功能

一、基础知识

1、寄存器的配置

（1）GPIOX_AFRL：GPIO复用功能低位寄存器

GPIOX_AFRH：GPIO复用功能高位寄存器

（2）配置PA5 GPIOA->MODER（端口模式寄存器），10为复用功能，是指除了普通输入/出，还有其他功能TIM等

（3）GPIO->OTYPER：0为推挽，1为开漏输出，推挽输出在示波器上看主要为方波形，而开漏在示波器显示为锯齿波。但要注意使PUPDR设置为上拉电阻状态。

（4）GPIOX_OSPEED（端口输出速度寄存器）：低速 2MHz，中速 10~25MHz 高速 20~50MHz，具体的大小与对应连接的电压和电容相关。

（5）设置AFRL寄存器，AF0~15指GPIOX的16种模式（一般AF0~7可改，4~6仅限GPIOA，8~15保留），AFR[0]指GPIOX_AFRL寄存器，管理0~7个管脚；AFR[1]指GPIOX_AFRH寄存器，管理8~15个管脚。

（6）TIM_CCER：捕获使能寄存器，使能输入捕获必须设置CC1E = 1

（7）TIM_CCR1：捕获/比较寄存器1，用来存储捕获发生时TIMX_CNT值，通过了一次上升沿捕获与下降沿捕获差值可算出高电平脉冲宽度。

2、占空比的计算

占空比(Duty Cycle)是脉冲信号中高电平持续时间与整个周期时间的比率。它通常用于描述脉冲宽度调制(PWM)信号，其中信号在一定频率下在高电平和低电平之间切换。

设置寄存器ARR的值确定周期，设置CCRx值设置占空比，CNT小于CCR时输出为高，CNT大于CCR输出为低，占空比 = CCR/ARR = 高电平时间/周期

3、实现逻辑原理

（1）PWM波利用微处理器的数字输出来控制模拟电路

（2）STM32没有专门的PWM引脚，所以采用IO口的复用模式

（3）TIM1是STM32高级定时器，它的每个通道都有对应的互补通道来互补输出PWM

（4）STM32的定时器除了TIM6和TIM7，其他定时器都可用来产生PWM输出。

（5）面积等效原理：只要正弦波与t坐标轴围起来阴影面积相同，不管哪种电压波形效果大概相同

二、功能需求

开发呼吸灯功能，即LED灯一亮一灭，亮灭交替，周而复始。亮灭时长约为1s。

三、设计思路

将PA5配置为TIM2的CH1输出。采用定时器TIM2产生PWM波形，周期为2s且占空比为50%，即1s时长的低电平、1s时长的高电平。

四、软件流程图

五、程序设计 

1、PWM输出端口初始化

采用PwmOutInit函数实现PA5复用为TIM2的CH1输出。代码如下：

void PwmOutInit(void)
{
	RCC->AHB1ENR|=1<<0; //使能GPIOA
	GPIOA->MODER=(GPIOA->MODER&~(0x3<<10))|(0x2<<10); //设置PA5为AF复用、推挽输出、无上拉、无下拉、中速
	GPIOA->OTYPER&=~(1<<5); 
	GPIOA->PUPDR&=~(0x3<<10);
	GPIOA->OSPEEDR=(GPIOA->OSPEEDR&~(0x3<<10))|(1<<10);
	GPIOA->AFR[0]=(GPIOA->AFR[0]&~(0xF<<20))|(1<<20); //设置AFRL寄存器，将PA5复用为TIM2的CH1输出
}

2、定时器初始化函数

采用TimerInit函数实现定时器2的参数配置。

时钟源TIMCLK的频率为16MHz，设计预分频系数N=2000，计数器分频系数M=16000，那么共320万个分频，定时时长为M*N/TIMCLK = 2s。因此预分频寄存器PSC的值为N-1 = 1999，自动重载寄存器ARR的值为M-1 = 15999.比较寄存器为计数器自动重载值的一半，即8000.具体代码如下：

void TimerInit(void)
{
	RCC->APB1ENR |=1<<0; //使能TIM2
	TIM2->CR1 =1<<7; //配置为自重载预载使能、边沿对齐、向上计数工作模式
	TIM2->PSC =1999; //16MHz/2000 = 8KHz
	TIM2->ARR =15999; //8KHz/16000=0.5Hz,PWM周期为2s
	TIM2-CCMR1 = (TIM2->CCMR1&~(0x00FF))|0x68; //配置CH1为PWM1输出模式
	TIM2->CCER |=1; //使能比较通道1作为输出
	TIM2->CCR1 8000; //占空比50%
	TIM->CR1 |=1; //开启TIM2
}