STM32f103C8定时器输出PWM波信号

红太狼 2023-10-11 17:36 31阅读 0赞

利用stm32高级定时器输出PWM,模拟呼吸灯的效果带刹车功能。由于没有示波器查看输出的pwm波形图，所以本次实验使用普通直流电机模拟的。

本文章为学习笔记，其中有些地方解释的不是那么的好，即本笔记可参考、可借鉴、可指点！

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### **简单介绍：** ###

#### STM32F103C8T6采用 LQFP48方式封装，一共拥有 37个 I/O引脚，被分为PA(15个)、PB(15个)、PC(3个)、PD(2个)、PE(0个)五个组，所有 I/O接口可以映像到 16个外部中断，并且大部份端口都可以可以兼容5V信号。每个 I/O端口可以接受或输出8mA电流，灌电流则可达到20mA。 ####

STM32F1  系列中，除了互联型的产品，共有  8  个定时器，分为基本定时器，通用定时器和高级

定时器。基本定时器  TIM6  和  TIM7  是一个  16  位的只能向上计数的定时器，只能定时，没有外部

IO 。通用定时器  TIM2/3/4/5  是一个  16  位的可以向上 / 下计数的定时器，可以定时，可以输出比较，

可以输入捕捉，每个定时器有四个外部  IO 。高级定时器  TIM1/8  是一个  16  位的可以向上 / 下计数

的定时器，可以定时，可以输出比较，可以输入捕捉，还可以有三相电机互补输出信号，每个定

时器有  8  个外部  IO 。

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### **用到的相关结构体** ###

typedef struct { 
        uint16_t TIM_Prescaler;       // 预分频器
        uint16_t TIM_CounterMode;     // 计数模式
        uint32_t TIM_Period;          // 定时器周期
        uint16_t TIM_ClockDivision;   // 时钟分频
        uint8_t TIM_RepetitionCounter;// 重复计算器
    } TIM_TimeBaseInitTypeDef;
    
    备注：
    只要用到了TIM定时器就会用到这个结构体

typedef struct { 
        uint16_t TIM_OCMode;          // 比较输出模式
        uint16_t TIM_OutputState;     // 比较输出使能
        uint16_t TIM_OutputNState;    // 比较互补输出使能
        uint32_t TIM_Pulse;           // 脉冲宽度
        uint16_t TIM_OCPolarity;      // 输出极性
        uint16_t TIM_OCNPolarity;     // 互补输出极性
        uint16_t TIM_OCIdleState;     // 空闲状态下比较输出状态
        uint16_t TIM_OCNIdleState;    // 空闲状态下比较互补输出状态
    } TIM_OCInitTypeDef;
    
    备注：
    只要需要输出PWM波，就需要这个结构体

typedef struct { 
         uint16_t TIM_OSSRState;       // 运行模式下的关闭状态选择
         uint16_t TIM_OSSIState;       // 空闲模式下的关闭状态选择
         uint16_t TIM_LOCKLevel;       // 锁定配置
         uint16_t TIM_DeadTime;        // 死区时间
         uint16_t TIM_Break;           // 断路输入使能控制
         uint16_t TIM_BreakPolarity;   // 断路输入极性
         uint16_t TIM_AutomaticOutput; // 自动输出使能
    } TIM_BDTRInitTypeDef;
    
    备注：
    这个是中断PWM输出的结构体，也叫PWM死区控制

### **直接上代码吧！** ###

**头文件里面定义的宏，为什么要这么定义，下面注释有解释**

/*****************
    根据实验所得，用TIM1(即PA引脚组)输出pwm的时候会影响串口1的通信
    所以这里将PWM换至其他组，但会丢弃刹车功能
    *****************/
    #if 0   //修改这个参数选择TIM1高级定时器还是TIM3通用定时器
    	#define TIMX_Config            1
    	#define RCC_APBxPeriphClockCmd RCC_APB2PeriphClockCmd
    	#define RCC_APB2Periph_GPIOx   RCC_APB2Periph_GPIOA
    	#define GPIO_Pin_x 			   GPIO_Pin_11
    	#define GPIOx				   GPIOA
    	#define RCC_APBxPeriph_TIMx	   RCC_APB2Periph_TIM1
    	#define TIMx				   TIM1
    	
    #else
    	#define TIMX_Config            0
    	#define RCC_APBxPeriphClockCmd RCC_APB1PeriphClockCmd
    	#define RCC_APB2Periph_GPIOx   RCC_APB2Periph_GPIOB
    	#define RCC_APBxPeriph_TIMx	   RCC_APB1Periph_TIM3
    	#define GPIO_Pin_x 			   GPIO_Pin_1
    	#define GPIOx				   GPIOB
    	#define TIMx				   TIM3
    #endif

**下面代码解释：**但选用高级定时器TIM1的时候，对应的输出引脚是PA11，刹车引脚是PB12;

当选用通用定时器TIM3的时候，对应PWM输出引脚PB1，通用没有刹车功能

关于pwm波输出引脚和刹车中断引脚的初始化
    static void TIM_GPIO_Init()
    {
    	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    	//PWM输出引脚
    	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOx, ENABLE);
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_x;
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    	GPIO_Init(GPIOx,&GPIO_InitStructure);
    
    #if TIMX_Config
    	//死区刹车引脚
    	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOx, ENABLE);
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12;
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
    	GPIO_ResetBits(GPIOx,GPIO_Pin_12);
    #endif
    }

**下面代码解释：**配置的基本定时器的定时为

**ARR+1：**自动重装载寄存器的值；其中(ARR+1)为TIM\_Period的值  
**PSC+1：**预分频值 ；其中(PSC+1)为TIM\_Prescaler的值

**一个计数器单次计数的频率：**Cnt\_CLK=Tclk/(PSC+1)=72M/(PSC+1)；周期 T=(PSC+1)/Tclk=(PSC+1)/72M；ARR+1为你需要定时这么多个单次计数频率或周期。

**总定时时间：** Tout(us) = (重装载值+1)\*((预分频值+1) / 内部时钟 ) = (ARR+1)\*(PSC+1)/Tclk(单位MHz) ；  
即定时器(PWM)一个定时周期 :Tout=(ARR+1)\*(PSC+1)/Tclk ；频率f=1/Tout=Tclk/(ARR+1)\*(PSC+1) 。

**占空比** P=CCR/(ARR+1)=TIM\_Pulse/(ARR+1)=TIM\_Pulse/TIM\_Period。

下面配置的是(ARR+1)=10；(PSC+1)=72；即计算出定时周期为10us 频率为100KHz；  
通过TIM\_SetCompare1(TIM1, Compare1)，来修改占空比的值；则占空比100%的时候Compare1=10；0%占空比的时候Compare1=0。

**着重注意：**例如 TIM\_OC4Init(TIMx, &TIM\_OCInitStructure); 初始化的时候，别把通道选错了

关于TIM、pwm、pwm死区等相关配置和初始化
    static void TIM_Mode_Config()
    {
    	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;//计时器结构体初始化
    	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;//输出比较结构体
    	TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;//刹车和死区结构体初始化
    	
    	RCC_APBxPeriphClockCmd(RCC_APBxPeriph_TIMx,ENABLE);
    	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
    	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//向上计数
    	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=10-1;// 自动重装载寄存器的值ARR
    	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= 72-1;// 时钟预分频值 PSC
    	TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;//不用管
    	TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);//初始化
    	
    	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;//选择PWM1模式
    	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;// 输出使能
    	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;// 输出通道电平极性配置
    	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 5;// 设置占空比大小 50%
    	TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;// 输出通道空闲电平极性配置
    	TIM_OC4Init(TIMx, &TIM_OCInitStructure);
    	TIM_OC4PreloadConfig(TIMx, TIM_OCPreload_Enable);//自动重装载
    	
    #if TIMX_Config
    	TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable;//运行模式下的关闭状态选择
        TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable;//空闲模式下的关闭状态选择
        TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_1;//锁定级别配置
    	TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = 11;// 输出比较信号死区时间配置  这里配置的死区时间为152ns 
        TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Enable;//刹车功能使能
    	TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_High;//刹车输入检测极性，即外部输入高电平为刹车还是低电平
    	TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Enable;//自动输出使能
    	TIM_BDTRConfig(TIMx, &TIM_BDTRInitStructure);
    #endif
    
    	TIM_Cmd(TIMx, ENABLE);	// 使能计数器
    	
    #if TIMX_Config
    	TIM_CtrlPWMOutputs(TIMx, ENABLE);// 主输出使能，高级定时器才需要配置下面的函数
    #endif
    }

**下面代码解释：**下面设置的每次增加的占空比为10%，如果需要更加细致的话，则需要修改上面的TIM相关参数，把每个PWM的分得更加细，这样就可以1%的步进进行调节了。

**着重注意：**选择通道几，就要对应配置这个函数的x “TIM\_SetCompare**X****（）"**

/****************************
    函数：uint8_t Motor_PWM_Fun(void)
    参数：
    功能：通过PWM实现类似呼吸灯效果的输出
    说明：//TIM_SetCompare1(TIM1, Compare1);//Compare1 范围0~10 自定义
            只要配置好了，即可直接调用该函数
    ****************************/
    uint8_t Motor_PWM_Fun(void)
    {
    	value=pwm_value;
    	if(pwm_value>10)
    	{
    		if(pwm_value==20)
    		{
    			pwm_value=0;
    			value=0;
    		}
    		else
    		{
    			value=10-value%10;
    		}
    		TIM_SetCompare4(TIMx,value);//Compare1 范围0~10 自定义
    	}
    	else
    	{
    				TIM_SetCompare4(TIMx,value);//Compare1 范围0~10 自定义
    	}
    	sprintf(PWM_value,"\tPWM:value=%d%%\r\n",value*10);
    	Usart1_SendString(PWM_value);
    	pwm_value++;
    	
    	return 0;
    }

pwm简易模拟呼吸灯

关注显示器上面的PWM的值的变化，对比车轮的转速变化(这里可能看起不明显)

PWM调速电机

### **注意：** ###

**STM32F103C8T6拥有 7个定时器：**其中 1个用于电机控制的 16位 PWM高级控制定时器、3个 16位通用定时器、2个看门狗定时器（包含独立型的和窗口型）、1个 24位自减型系统嘀嗒定时器。  
**高级控制定时器 TIM1：**TIM1可以被视为分配到 6个通道的三相 PWM发生器，具有带死区插入的互补 PWM输出，还可以用作完整的通用定时器；其四个独立通道可分别用于：输入捕获、输出比较、产生边缘或中心对齐模式的PWM、单脉冲输出。当配置为 16位普通定时器时，与TIM2、TIM3、TIM4具有相同功能；配置为 16位 PWM发生器时，具有0 ~ 100%的全调制能力。  
**通用定时器 TIM2、TIM3、TIM4：**STM32F103C8T6内置有 3个可同步运行的标准定时器，每个定时器都拥有一个 16位自动加载递加/递减计数器、一个 16位预分频器、4个独立通道，每个通道都可用于输入捕获、输出比较、PWM、单脉冲输出，它们还可以通过定时器链接功能与高级控制定时器 TIM1协同工作，从而提供同步或事件链接功能。

[c7abbaaef0744eb3a8b3b63056d91a32.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/c7abbaaef0744eb3a8b3b63056d91a32.png