六、HAL_Timer的PWM功能

news2024/9/22 5:41:19

1、开发环境

(1)Keil MDK: V5.38.0.0

(2)STM32CubeMX: V6.8.1

(3)MCU: STM32F407XGT6

2、PWM简介

2.1、什么是PWM

(1)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。

(2)PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何具体时刻，满幅值的直流供电要么完全有，要么完全无。就像单片机的引脚，要么是输出高电平，要么是输出低电平。

(3)PWM波本质是是一种方波，一段高电平，一段低电平，如此循环。

(4)举例说明。现在有一颗灯，该灯只能打开或者关闭。在足够高的频率下，固定周期的开灯关灯(假设周期是10uS，开灯x微妙，关灯10-x微妙)；这种情况下，是感受不到灯熄灭的，开灯所占时间越多，灯的亮度就越大。

2.2、PWM相关的概念

(1)占空比：也就是输出的PWM中，高电平保持的时间与该PWM的周期的时间比。

(2)分辨率：例如要表示0-100的模拟量，12为的PWM，分辨率就是100/0xFF。

(3)频率：PWM波的周期的倒数。

(4)模拟量：连续变化的量。例如自然界中的温度，有2℃，2.1℃，2.1335...℃。

(5)数字量：计算机中存储的温度，假设用4个bit位来表示0-100的温度，温度的分辨率就是100/0xFF，温度值不可能非常精确到小数点后一百万位。

3、使用Timer实现PWM输出

3.1、没有PWM输出的定时器

(1)没有PWM输出的定时器只能自己定时设置中断，在中断中翻转电平。

(2)这样的缺点是比较麻烦，因为还要有ISR(Interrupt Service Routines: 中断服务程序)。

(3)这样的PWM周期没有那么精准，因为中断的跳转和执行本身需要消耗一定时间。

3.2、有PWM输出的定时器

(1)高性能的单片机定时器都有PWM输出功能，以前的51单片机就没有，现在的晓不得。

(2)例如定时器的计数值比如是0~100，设定一个比较值X。

(3)计数值大于比较值X，某引脚输出高电平；计数值小于比较直X，某引脚输出低电平。

(4)这个引脚大部分单片机是内部绑定了的，少部分可以通过软件进行设置。

(5)通过定时器的计数值和设定的比较值进行比较，输出不同的电平，这就是输出比较功能。

(6)输出比较功能是不需要中断的，时间到了电平是自动翻转的，在内部硬件的电路逻辑已经定好了。

(7)STM32中，使用PWM功能自动绑定了一个引脚。单片机设计的时候，每一路PWM输出都绑定了一个GPIO引脚。

4、示例程序目的&原理图

4.1、示例程序目的

(1)使用PWM输出，控制LED灯亮度，LED由灭逐渐变为LED最亮。

(2)PWM周期100uS。

(3)默认LED灯度50%。

(4)不是所有的GPIO都支持PWM输出。

4.2、原理图

(1)LED1,接PF9引脚。

5、STM32CubeMX创建工程及配置

5.1、创建工程

(1)打开STM32CubeMX软件。

(2)点击File→NewProject。

(3)Commercial Part Number(商用部件号)处输入MCU型号，然后选择正确的单片机型号，点击Start Project(开始项目)。

(4)配置工程名、工程存放文件等。

点击Project Manager(项目经理)进行如下配置。

点击Code Generator(代码生成器)进行如下配置。

(5)点击GENERATE CODE生成KeilMDK工程。

5.2、配置时钟源和GPIO

(1)HSE、LSE时钟源头选择

HSE:高速外部时钟源
LSE:低速外部时钟源
Disable:禁用
BYPASS Clock Source：旁路时钟源
Crystal/Ceramic Resonator :水晶/陶瓷共振器
一般选择水晶陶瓷共振器
旁路时钟源就是由外部给定一个时钟信号，一般用于作为同步时钟。
水晶/陶瓷共振器：指外接晶振，经过内部振荡电路产生时钟。

(2)LED1引脚配置，配置定时器后会变绿的。

(3)时钟树配置

5.3、配置定时器

(1)使能定时器并选择通道功能。

勾选Activated，不能选择时钟源的时钟源为内部时钟。
PWM Generation CH1:配置通道1为PWM生成

(2)定时器Parameter Settings(参数设置)。

PWM周期100微秒，也就是定时时长100微秒。
占空比：50%。也就是LED_PWM输出有效电平占比50%。
Prescler(PSC -16 bits value): 分频系数，选择72-1，进行72分频，即定时时钟变为72MHz/72 = 1MHz=1000000Hz。
Counter Mode: 计数器模式，选择Up，向上计数。
Counter Period (AutoReload Register-32 bits value): 计数器周期，16位自动加载值。
时钟频率1000000Hz表示1秒钟时钟振荡1000000次。
Counter Period = 100us/(1/1000000Hz) =100uS/(1/1000000S) =100 。
Mode:PWM mode 1。递增计数时，当计数值 < 比较值，输出为有效电平，否则为无效电平。
Pulse:比较值，设置50%有效电平。设为50。
CH Polarity:有效电平是高电平还是低电平。
PWM Generation Channel 1配置详解见后文。

6、Keil MDK软件的编写

6.1、程序编写

/************************************
 *PWM输出有效电平为低电平。
 *定时器计数值 < 比较值，输出低电平;
 *定时器计数值 >=比较值，输出高电平。
 *比较值设置越大，LED灯越亮。
 *定时器计数值范围:0-99
 *比较值范围:0-100;0,LED灯灭;99,LED最亮。
 *LED亮50%，计数值为50。
 ************************************/
 
HAL_TIM_PWM_Start(&htim14, TIM_CHANNEL_1);

while (1)
{
    /*比较值越大，LED越亮;LED逐渐变亮*/
	for(uint8_t i = 0; i <= 99; i++)
	{
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim14, TIM_CHANNEL_1, i);    /*设置比较值*/
		HAL_Delay(30);
	}
	
 }