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细说STM32单片机使用通用定时器生成固定占空比和可变占空比PWM波的方法

article 2024/11/14 15:40:54

目录

一、本实例测试的目的

二、硬件和CubeMX项目配置

1、硬件开发板 

2、项目配置

（1）定时器TIM2_CH1

（2）时钟和Debug

（3） NVIC

（4）GPIO

3、输出固定占空比的PWM波源码

（1）启动定时器

（2）控制LED

（3）下载与测试

4、输出可变占空比的PWM波

（1）改变占空比的方法

5、输出可变占空比的PWM波源码

（1）新增变量

（2）启动定时器

（3）控制LED

（4）下载与测试

一、本实例测试的目的

        使用TIM2的CH1输出生成PWM波， 首先输出固定占空比的PWM波，然后再改动程序后输出可变占空比的PWM波。

二、硬件和CubeMX项目配置

1、硬件开发板 

        开发板型号NUCLEO-G474RE，MCU型号STM32G474RET6，该MCU有1个高精度定时器、3个高级控制定时器、7个通用定时器（TIM2~TIM5、TIM15~TIM17）和2个基础定时器。此外还有2个看门狗定时器和1个SysTick定时器。

        开发板上TIM2的CH1连接的引脚PA5。PA5引脚不能设置为GPIO_Output，而要设置为TIM2_CH1。在开发板上，PA5管脚本身就是指示灯LD2，高电平亮。本实验不仅要控制LD2开与关还要控制它的明亮程度。

        开发板上PB11设置为LED1，PB11输出高电平时LED1亮，否则，LED1灭。可以用TIM2的CH1输出PWM波控制LED1的开与关（以PWM的频率）。PB11引脚设置为GPIO_Output。

2、项目配置

（1）定时器TIM2_CH1

        Channel1选择PWM Generation CH1；Clock Source选择Internal Clock；

  • Prescaler，预分频寄存器值，设置为16999，所以预分频系数为17000。定时器使用内部时钟信号频率为170MHz，经过预分频后进入计数器的时钟频率就10kHz，即

  • Counter Period，计数周期(ARR的值)，设置为199，所以一个计数周期是

        

  • Internal Clock Division，内部时钟分频，是在定时器控制器部分对内部时钟进行分频，可以设置为1、2或4分频，选项No Division就是无分频，使得CK_PSC等于CK INT。
  • auto-reload preload，自动重载预装载，即设置TIM2_CR1寄存器中的ARPE位。如果设置为Disable，就是不使用预装载，设置的新ARR的值立即生效；如果设置为Enabled, 设置的新ARR的值在下一个UEV事件时才生效。
  • Mode，PWM模式，选项有PWM Mode 1(PWM模式1)和PWM Mode 2(PWM模式2)。这两种模式的定义如下：

        PWM模式1：在递增计数模式下，只要CNT<CCR，通道就是有效状态，否则为无效状态。在递减计数模式下，只要CNT<CCR，通道就变为无效状态，否则为有效状态。

        PWM模式2：其输出与PWM模式1正好相反，例如，在递增计数模式下，只要CNT<CCR，通道就是无效状态，否则为有效状态。

  • Pulse，PWM脉冲宽度，就是设置32位的捕获/比较寄存器CCR的值。脉冲宽度的值应该小于计数周期的值，这里设置为50，因为计数器的时钟频率是10kHz，所以脉冲宽度为5ms。
  • Output compare preload，输出比较预装载。CCR有预装载功能，寄存器TIMx_CCMRy中的OCyPE(Output Capture y Preload Enable)位可以使能或禁用其预装载功能。这个参数就是设置这个位的值，设置为Enable时，修改CCR的值需要到下一个UEV事件时才生效，否则立刻生效。
  • Fast Mode，是否使用输出比较快速模式，就是设置寄存器TIMx_CCMR1中的OC1FE位，用于加快触发输入事件对CC输出的影响，一般设置为Disable即可。
  • CH Polarity，通道极性，就是CCR与CNT比较输出的有效状态，可以设置为高电平 (High)或低电平(Low)。通道极性和PWM模式的组合可以生成不同的PWM波形。 

（2）时钟和Debug

        HSE选择外部晶振，24MHZ，APB1 = APB2 = 170MHz；

        Debug选择Serial Wire；

（3） NVIC

        Time Base修改为0；

        TIM2 global interrupt设置为1；

（4）GPIO

        设置PB11为GPIO OUTPUT，默认高电平，PP，高速，别名LED1。

        经过这样的设置，在启动定时器TIM2后，在引脚PA5(TIM2_CH1通道)上输出的PWM 波形：通道极性为高，PWM模式为1。PWM波的周期为20ms，由ARR的值决定；高电平脉冲宽度为5ms，由CCR的值决定。

        同时扩展板上的PB11的LED1闪烁。

3、输出固定占空比的PWM波源码

（1）启动定时器

/* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);				//以中断方式启动TIM2
  HAL_TIM_PWM_Start_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_1);	//TIM2通道1,启动生成PWM
/* USER CODE END 2 */

        MX_TIM2_Init()是定时器TIM2的初始化函数。要启动TIM2的PWM波输出，需要先执行函数HAL_TIM_Base_Start_IT()启动定时器，再执行函数HAL_TIM_PWM_Start IT()启动CH1的PWM波输出。 

（2）控制LED

         控制LED1（PB11）的开与关。

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if (htim->Instance == TIM2)
		HAL_GPIO_TogglePin (LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);
}
/* USER CODE END 4 */

        控制LD2（PA5），自动生成。

void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* htim)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(htim->Instance==TIM2)
  {
  /* USER CODE BEGIN TIM2_MspPostInit 0 */

  /* USER CODE END TIM2_MspPostInit 0 */

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    /**TIM2 GPIO Configuration
    PA5     ------> TIM2_CH1
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF1_TIM2;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  /* USER CODE BEGIN TIM2_MspPostInit 1 */

  /* USER CODE END TIM2_MspPostInit 1 */
  }

}

（3）下载与测试

        下载到开发板连续运行，用示波器可以观察PA5引脚上输出的固定占空比的PWM波形。用眼睛可以看到闪烁的LED1（PB11）和恒亮的LD2（PA5）。改变PWM高电平脉冲宽度可以改变LD2的亮度，因为PA5引脚为高电平时LED亮，所以PWM脉冲宽度越大，LD2越亮。在函数MX_TIM2_Init()的代码里，直接修改PWM参数结构体变量sConfigOC的成员变量的赋值，可以观察不同参数取值的影响，例如，修改PWM模式参数OCMode、有效极性参数OCPolarity、脉冲宽度参数Pulse等。

//sConfigOC成员
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse = 50;
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;

4、输出可变占空比的PWM波

（1）改变占空比的方法

        LD2的亮度是由PWM波的占空比控制的，例1的程序输出PWM波是固定占空比，所以 LD2的亮度是固定的。如果在程序运行过程中动态修改PWM的占空比，就可以使LD2从暗到明、从明到暗地变化，形成一种呼吸的效果。LED1的亮度不受影响。

        在程序中动态改变PWM波的占空比，就是要修改寄存器TIMx_CCR1的值。下图是动态修改PWM波的占空比的示意图。在本示例中，PWM波的周期是200个时钟周期，在发生比较匹配事件时，会产生TIM_IT_CC1中断事件(置位CCyF中断标志位)，可以在此中断里修改CCR的值。

 

        CCR是有预装载功能的。如果禁止CCR预装载功能，对CCR的修改立即生效；如果启用了CCR预装载功能，设置新的CCR值需要在下一个UEV事件时才生效。参数Output compare preload控制是否启用CCR的预装载功能，本例里需要设置为 Enable。

        如果CCR的值等于定时器计数器的值，就会置位中断事件标志位CCyIF，即产生TIM_IT_CCy中断事件。生成PWM波是输出比较，HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback() 是对应的回调函数，可以在这个回调函数里修改CCR的值。当CCR预装载功能使能时，在下次UEV事件时对CCR的修改就会生效，从而可以动态地改变PWM波的占空比。

        使用宏函数__HAL_TIM_SET_COMPARE()可以设置CCR的值，其原型定义为：        

__HAL_TIM_SET_COMPARE(__HANDLE__, __CHANNEL__, __COMPARE__)

        其中，__HANDLE__是定时器对象指针，__CHANNEL__是定时器通道，__COMPARE__是需要为CCR设置的值。例如，将TIM2的CH1通道的CCR设置为0x0037的语句为：

__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2,TIM_CHANNEL_1,0x0037);

        另外，宏函数__HAL_TIM_GET_COMPARE()可以获取CCR当前的值，其函数原型定义如下，这个函数返回结果是16位或32位整数，与具体定时器的CCR的长度有关。

__HAL_TIM_GET_COMPARE(__HANDLE__ ,__CHANNEL__)

5、输出可变占空比的PWM波源码

（1）新增变量

/* USER CODE BEGIN PV */
uint16_t pulseWidth = 50; //脉宽
uint8_t dirInc = 1;       //脉宽变化方向，1=递增，0=递减
/* USER CODE END PV */

（2）启动定时器

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);				//以中断方式启动TIM2
  HAL_TIM_PWM_Start_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_1);	//TIM2通道1,启动生成PWM
  /* USER CODE END 2 */

（3）控制LED

         控制LED1开与关的频率不变，亮度不受影响。LD2的亮度受PWM占空比的影响，呈现呼吸状态。

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
 {
    HAL_GPIO_TogglePin (LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);
	if (htim->Instance != TIM2)
		return;
	if(dirInc == 1) //脉宽递增
	{
		pulseWidth++;
		if (pulseWidth >= 195)
		{
			pulseWidth = 195;
			dirInc=0; //脉宽递减
		}
	}
	else
	{
		pulseWidth--;
		if (pulseWidth <= 5)
		{
			pulseWidth = 5;
			dirInc=1;//脉宽递增
		}
	}
	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2,TIM_CHANNEL_1,pulseWidth);//设置CCR的值
}
/* USER CODE END 4 */

 

void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* htim)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(htim->Instance==TIM2)
  {
  /* USER CODE BEGIN TIM2_MspPostInit 0 */

  /* USER CODE END TIM2_MspPostInit 0 */

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    /**TIM2 GPIO Configuration
    PA5     ------> TIM2_CH1
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF1_TIM2;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  /* USER CODE BEGIN TIM2_MspPostInit 1 */

  /* USER CODE END TIM2_MspPostInit 1 */
  }

}

（4）下载与测试

        该方法实现了按脉宽递增或递减方向修改CCR的值，因为开启了CCR预装载功能，所以新设置的CCR的值在下一个UEV事件时才生效。下载并运行此程序，我们就可以观察到LD2 由明到暗，再由暗到明的循环往复变化效果。


http://www.kler.cn/a/306633.html

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