STM32定时器PWM输出

STM32定时器PWM（脉冲宽度调制）输出原理，在使用固件库时，主要涉及定时器的配置以及PWM信号的生成。以下是对该原理的详细解释：

一、PWM基本概念

PWM（Pulse Width Modulation）是一种通过改变脉冲宽度来控制模拟信号平均值的技术。在STM32中，PWM信号由定时器生成，其频率和占空比分别由定时器的自动重装载寄存器（ARR）和比较寄存器（CCR）决定。

所谓脉宽调制信号(PWM波)，就是一个TIMx_ARR自动重装载寄存器确定频率（由它决定PWM周期）,TIM_CCRx寄存器确定占空比信号。

以TIM3为例，STM32的通用定时器氛围TIM2,TIM3,TIM4,TIM5，每个定时器都有独立的四个通道可以用来作为：输入捕获，输出比较，PWM输出，单脉冲模式输出等。

STM32的定时器除了TIM6和TIM7(基本定时器)之外，其他的定时器都可以产生PWM波输出，高级定时器TIM1,TIM8可以同时产生7路PWM输出，而通用定时器可以同时产生4路PWM输出，这样STM32可以最多同时输出30路PWM输出！

以向上计数为例，讲述PWM原理：

①在PWM输出模式下除了CNT(计数器当前值)，ARR(自动重装载值)，CCRx(捕获/比较寄存器值)。

②当CNT小于CCRx时，TIMx_CHx通道输出低电平

③当CNT等于或大于CCRx时，TIMx_CHx通道输出高电平

CCR1：设置捕获比较寄存器，设置比较值。

CCMR1寄存区：设置PWM模式1 或者PWM模式2。

CCER: P位：输出/捕获：设置极性： 0 高电平有效，1 低电平有效

E位：输出/捕获：使能端口

二、PWM的模式

模式一：边沿对齐模式

向上计数时：当TIMx_CNT<TIMx_CCRx时通道1为有效电平，否则为无效电平；

向下计数时: 一旦TIMx_CNT>TIMx_CCRx,CCR1通道1为无效电平，否则为有效电平。

模式二：中央对齐模式

向上计数时：当TIMx_CNT<TIMx_CCRx时通道1为无效电平，否则为无效电平；

向下计数时: 一旦TIMx_CNT>TIMx_CCRx,CCR1通道1为有效电平，否则为无效电平。

自动加载的预加载寄存器

简单的说：

APER =1 ,ARR立即生效

APER =0,ARR下个周期生效

void TIM_ARRPreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);

三、PWM输出原理

定时器配置：
- 时钟使能：首先，需要使能定时器和相关GPIO端口的时钟。这通常通过RCC（Reset and Clock Control）模块实现。
- GPIO配置：将用于PWM输出的GPIO端口配置为复用推挽输出模式（GPIO_Mode_AF_PP），并指定其连接到哪个定时器通道。
- 定时器初始化：配置定时器的预分频器（Prescaler）、自动重装载值（ARR）以及计数模式（如向上计数、向下计数或中心对齐模式）。这些参数决定了PWM信号的频率。
PWM通道配置：
- 输出比较模式：设置定时器的输出比较模式为PWM模式（TIM_OCMode_PWM1或TIM_OCMode_PWM2）。这两种模式的主要区别在于输出电平的极性。
- 输出极性：配置PWM信号的输出极性（高电平有效或低电平有效）。
- 占空比调节：通过修改比较寄存器（CCR）的值来调节PWM信号的占空比。占空比是指PWM信号中高电平所占的比例。
PWM信号生成：
- 当定时器开始计数时，计数器的值与比较寄存器的值进行比较。根据输出比较模式和输出极性的设置，当计数器的值小于（或大于）比较寄存器的值时，PWM输出为高电平（或低电平）；否则为低电平（或高电平）。
- 当计数器的值达到自动重装载值时，定时器会重新从0开始计数，并重复上述过程，从而生成连续的PWM信号。

四、固件库配置步骤（以STM32F1系列为例）

使能定时器和相关IO口时钟：
- 使用RCC_APB1PeriphClockCmd和RCC_APB2PeriphClockCmd函数使能定时器和GPIO端口的时钟。
初始化GPIO口：
- 使用GPIO_Init函数配置GPIO端口为复用推挽输出模式，并指定其连接到哪个定时器通道。
定时器初始化：
- 使用TIM_TimeBaseInit函数配置定时器的预分频器、自动重装载值和计数模式。
初始化输出比较参数：
- 使用TIM_OCxInit函数（x为通道号）配置PWM输出比较模式、输出极性和占空比（通过比较寄存器的值间接设置）。
使能预装载寄存器和定时器：
- 使用TIM_OCxPreloadConfig函数使能预装载寄存器，并使用TIM_Cmd函数使能定时器。

五、注意事项

在配置PWM输出时，需要注意定时器的复用功能重映像问题，特别是当需要改变PWM信号的输出引脚时。
PWM信号的频率和占空比可以通过修改定时器的自动重装载值和比较寄存器的值来调节。
在实际应用中，还需要考虑PWM信号的稳定性、噪声抑制以及输出电流的能力等因素。

使用PWM驱动SG90电机：

调用函数：

#include "pwm.h"

// PWM 初始化函数
void PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;              // 定义 GPIO 结构体，用于配置 GPIO 引脚
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;    // 定义 TIMx 定时器结构体，用于配置定时器基础参数
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;            // 定义定时器脉宽调制结构体，用于配置脉宽调制参数
    
    // 使能 TIM3 时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
    // 使能 GPIOB 和 AFIO（复用功能时钟）时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
    
    // TIM3 部分重映射，将 TIM3_CH2 映射到 PB5
    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3,ENABLE);
    
    // 配置 GPIOB 的 PB5 引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;          // 使用 PB5（TIM_CH2）引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;    // 复用推挽输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;  // 配置输出速度为 10MHz
    GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);              // 初始化 GPIOB
    
    // 配置 TIM3 定时器基础参数
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;            // 设置自动重装载寄存器周期值，arr = value - 1
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc;         // 设置预分频值，psc = value - 1
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;       // 设置时钟分割：TDTS = Tck_tim
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // TIM 向上计数模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);     // 初始化 TIM3 定时器时间基数
    
    // 初始化 TIM3 Channel2 PWM 模式
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;  // 选择定时器模式为脉宽调制模式 1
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; // 使能比较输出
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; // 输出极性为高电平有效
    TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);            // 根据给定参数初始化外设 TIM3 OC2
    
    // 使能 TIM3 在 CCR2 上的预装载寄存器
    TIM_OC2PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);
    // 使能 TIM3
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

主函数：

int main(){
    //初始化PWM，设置自动重装载值为199，预分频器值为7199
    PWM_Init(199,7199);
    delay(1000);
    
    while(1)
    {
        delay(1000);
        //设置TIM3通道2的比较值，即占空比为5%
        TIM_SetCompare2(TIM3,5);
        
        delay(1000);
        //设置TIM3通道2的比较值，即占空比为10%
        TIM_SetCompare2(TIM3,10);
        
        delay(1000);
        //设置TIM3通道2的比较值，即占空比为15%
        TIM_SetCompare2(TIM3,15);
        
        delay(1000);
        //设置TIM3通道2的比较值，即占空比为20%
        TIM_SetCompare2(TIM3,20);
        
        delay(1000);
        //设置TIM3通道2的比较值，即占空比为25%
        TIM_SetCompare2(TIM3,25);
    }
}

比较值与占空比
- 比较值的作用：在PWM模式中，定时器的比较值（CCR）定义了输出信号在何时从高电平切换到低电平。当定时器的计数器值达到CCR时，输出信号变为低电平。
- 占空比的计算：占空比可以通过公式占空比=(CCR/ARR)×100%占空比=(CCR/ARR)×100%来计算。因此，主函数中的比较值直接决定了PWM信号的占空比。