STM32 TIM PWM初阶操作：非互补PWM输出

news2024/9/22 21:34:54

STM32 TIM PWM初阶操作详解：非互补PWM输出

STM32 TIM可以输出管脚PWM信号适合多种场景使用，功能包括单线/非互补PWM输出，双线/互补PWM输出，以及死区时间和刹车控制等。

实际上，因为早期IP Core的缺陷，早期的芯片包括STM32F1, STM32F2, STM32F3, STM32F4, STM32F7在应用于多路互补PWM时存在缺陷，所以在后期的芯片包括STM32F0， STM32H7，STM32G0， STM32C0，STM32L等系列，增加了TIM16和TIM17可以输出互补PWM信号，原因会在《STM32 TIM PWM中阶操作：互补PWM输出》里做介绍。

这里以STM32F030K6T6为例介绍初阶的单线PWM输出方式，采用STM32CUBEIDE工具。

STM32 PWM系统时钟配置

在应用PWM时，考虑到计算的便捷性和整除性，可以将芯片的时钟配置为10的倍数，如最大84MHz的芯片配置为80MHz，最大72MHz的芯片配置为70MHz，最大48MHz的芯片配置为40MHz。

STM32F030K6T6频率最大48MHz，所以可以配置为40MHz，采用内部和外部时钟倍频都可以。这里配置为采用内部时钟倍频到40MHz。
在这里插入图片描述

STM32 PWM输出配置

这里配置输出TIM1的PWM通道1, 选择内部时钟和PWM Generation CH1:
在这里插入图片描述
相关的Active-Break-Input会在《STM32 TIM PWM高阶操作：刹车及状态约束》里做介绍。

继续配置参数，选择PWM输出的管脚，配置为push-pull输出无上下拉：
在这里插入图片描述
在直接控制PWM输出，且不需要对输出周期数计数的场景，不用配置NVIC中断，这里也不配置DMA方式。

以配置40KHz的PWM输出为例，则按下列参数进行配置：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

Prescaler设置系统时钟的初始分频系数，设置的值+1是真实的分频系数，所以设置为3，系统时钟分频后就是40/(3+1)=10MHz, 周期为0.01us，便于后面计算脉冲宽度。
Counter Mode设置计数器向上计数还是向下计数，大部分人喜欢设置为向上计数。
Counter Period设置PWM脉冲周期，之前已经分频得到0.01us的周期，40KHz对应25us，对应250个0.1us周期，因此此处的设置值+1是真实的周期数，所以设置为249。
Internal Clock Division是对分频后的时钟再做一次分频，可选有限，这里不需要再做二次分频。
在这里插入图片描述
Repetition Counter是重复计数的次数，主要用于中断产生场景，设置为0时不会产生重复计数，如果设置了中断使能，则在计数达到最大值（向上计数）或最小值（向下计数）时正常产生中断。如果是设置成了N值，则会在计数达到最大值（向上计数）或最小值（向下计数）N+1次的时候才产生中断。
auto-reload preload设置在程序运行中，如果实时修改了计数器周期/溢出比较值，是立即生效（Disable)还是等当前周期计数完再生效（Enable)。

Trigger Output部分是再发生溢出更新时，是否输出事件，可以用于一些级联性的控制。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
Break的部分会在中阶和高阶操作详解中介绍。

Mode可以选择PWM mode1和PWM mode2，选择PWM mode2时输出是选择PWM mode1时输出的反相，影响占空比。
Pulse选择比较时钟数，影响占空比。
CH Polarity设置有效极性，影响占空比。
如果选择了PWM mode1，在一个周期内，当计数达到Pulse设置的值+1前，PWM输出CH Polarity选择的极性，当计数值达到Pulse设置的值+1后，PWM输出相反极性。
因为占空比对应一个脉冲周期的高电平部分和周期的时间比值，所以上述三项都影响占空比。
Output compare preload设置在程序运行中，实时更改计数器的比较值时，时立即有效(Disable)还是等当前周期结束后才生效(Enable)。
Faster Mode是在输出管脚配置为Open Drain输出上拉时的快驱模式，在快驱模式下，等效上拉电阻更小，从而信号从0电平到1电平的上拉速度/边沿越快，适合更快速的信号传输。对于配置为push-pull的管脚则无用。在I2C的Open Drain快速传输中Fast Mode和Faster Mode用得比较多, 一般Fast Mode能达到100kbps, Faster Mode能达到3.4Mbps。
CH Idle这里无用，会在高阶操作详解中介绍。

保存生成初始化代码后，就可以在main.c的main函数里启动或停止PWM输出。启动和停止的代码为：

HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1,TIM_CHANNEL_1);

STM32 PWM测试代码

这里设计每500us启停的PWM输出，其中us级延时函数参考：STM32 HAL us delay（微秒延时）的指令延时实现方式及优化 。
整体代码如下:

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
TIM_HandleTypeDef htim1; 

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_TIM1_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
__IO float usDelayBase;
void PY_usDelayTest(void)
{
  __IO uint32_t firstms, secondms;
  __IO uint32_t counter = 0;

  firstms = HAL_GetTick()+1;
  secondms = firstms+1;

  while(uwTick!=firstms) ;

  while(uwTick!=secondms) counter++;

  usDelayBase = ((float)counter)/1000;
}

void PY_Delay_us_t(uint32_t Delay)
{
  __IO uint32_t delayReg;
  __IO uint32_t usNum = (uint32_t)(Delay*usDelayBase);

  delayReg = 0;
  while(delayReg!=usNum) delayReg++;
}

void PY_usDelayOptimize(void)
{
  __IO uint32_t firstms, secondms;
  __IO float coe = 1.0;

  firstms = HAL_GetTick();
  PY_Delay_us_t(1000000) ;
  secondms = HAL_GetTick();

  coe = ((float)1000)/(secondms-firstms);
  usDelayBase = coe*usDelayBase;
}

void PY_Delay_us(uint32_t Delay)
{
  __IO uint32_t delayReg;

  __IO uint32_t msNum = Delay/1000;
  __IO uint32_t usNum = (uint32_t)((Delay%1000)*usDelayBase);

  if(msNum>0) HAL_Delay(msNum);

  delayReg = 0;
  while(delayReg!=usNum) delayReg++;
}

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  PY_usDelayTest();
  PY_usDelayOptimize(); 

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
	  PY_Delay_us_t(500);
      HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);
      PY_Delay_us_t(500);
      HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1,TIM_CHANNEL_1);

    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
  RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL10;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PREDIV = RCC_PREDIV_DIV2;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_USART1;
  PeriphClkInit.Usart1ClockSelection = RCC_USART1CLKSOURCE_PCLK1;
  if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief TIM1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_TIM1_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 0 */

  /* USER CODE END TIM1_Init 0 */

  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
  TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig = {0};

  /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 1 */

  /* USER CODE END TIM1_Init 1 */
  htim1.Instance = TIM1;
  htim1.Init.Prescaler = 3;
  htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim1.Init.Period = 249;
  htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  htim1.Init.RepetitionCounter = 0;
  htim1.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim1, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim1, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  sConfigOC.Pulse = 124;
  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIG;
  sConfigOC.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  sConfigOC.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_RESET;
  sConfigOC.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;
  if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode = TIM_OSSR_DISABLE;
  sBreakDeadTimeConfig.OffStateIDLEMode = TIM_OSSI_DISABLE;
  sBreakDeadTimeConfig.LockLevel = TIM_LOCKLEVEL_OFF;
  sBreakDeadTimeConfig.DeadTime = 0;
  sBreakDeadTimeConfig.BreakState = TIM_BREAK_DISABLE;
  sBreakDeadTimeConfig.BreakPolarity = TIM_BREAKPOLARITY_HIGH;
  sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput = TIM_AUTOMATICOUTPUT_DISABLE;
  if (HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&htim1, &sBreakDeadTimeConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 2 */

  /* USER CODE END TIM1_Init 2 */
  HAL_TIM_MspPostInit(&htim1);

}         

/**
  * @brief GPIO Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_GPIO_Init(void)
{

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

示波器观察输出40KHz波形周期正确：
在这里插入图片描述

STM32 PWM不输出配置

PWM除了互补输出的类型，还有不输出的类型，如下所示：
在这里插入图片描述
配置为这种类型，不向管脚做输出，因此不和任何管脚绑定。
这种类型主要用于中断场景，可以抓获两种中断，一种是计数器周期溢出/更新时发出中断，一种是脉冲周期内高低电平翻转时发出中断。所以有两个中断源的使能需要选择:
在这里插入图片描述
另外，二者的中断回调函数不同，分别为：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)

void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)

需要重载函数写入自己的中断响应代码。譬如在中断发生时控制GPIO输出反向电平，那么，和直接PWM管脚输出信号有何驱动？速度。PWM管脚直驱信号输出有硬件优化，可以达到更高更稳定的输出信号频率。GPIO管脚驱动输出的延时级别在参考博文中有介绍： STM32 HAL us delay（微秒延时）的指令延时实现方式及优化 。

–End–

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