前言:
本系列教程将 对应外设原理,HAL库与STM32CubeMX结合在一起讲解,使您可以更快速的学会各个模块的使用
所用工具:
1、芯片: STM32F407ZET6/ STM32F103ZET6
2、STM32CubeMx软件
3、IDE: MDK-Keil软件
4、STM32F1xx/STM32F4xxHAL库
知识概括:
通过本篇博客您将学到:
PWM工作原理
STM32CubeMX创建PWM例程
HAL库定时器PWM函数库
PWM创建呼吸灯
什么是PWM
脉冲宽度调制(PWM),是英文“Pulse Width Modulation”的缩写,简称脉宽调制,是利用微处理器的数字输出来对模拟威廉希尔官方网站
进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
PWM工作原理
SMT32F1系列共有8个定时器:
高级定时器(TIM1、TIM8);通用定时器(TIM2、TIM3、TIM4、TIM5);基本定时器(TIM6、TIM7)。
SMT32F4系列共有15个定时器:
高级定时器(TIM1、TIM8);通用定时器(TIM2、TIM3、TIM4、TIM5、TIM9~TIM14);基本定时器(TIM6、TIM7)。
STM32的每个通用定时器都有独立的4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输出。其中,高级定时器TIM1、TIM8可以同时产生7路PWM输出
原理讲解:
下图为向上计数模式:
在PWM输出模式下,除了CNT(计数器当前值)、ARR(自动重装载值)之外,还多了一个值CCRx(捕获/比较寄存器值)。
当CNT小于CCRx时,TIMx_CHx通道输出低电平;
当CNT等于或大于CCRx时,TIMx_CHx通道输出高电平。
PWM的一个周期
定时器从0开始向上计数
当0-t1段,定时器计数器TIMx_CNT值小于CCRx值,输出低电平
t1-t2段,定时器计数器TIMx_CNT值大于CCRx值,输出高电平
当TIMx_CNT值达到ARR时,定时器溢出,重新向上计数。..循环此过程
至此一个PWM周期完成
总结:
每个定时器有四个通道,每一个通道都有一个捕获比较寄存器,
将寄存器值和计数器值比较,通过比较结果输出高低电平,便可以实现脉冲宽度调制模式(PWM信号)
TIMx_ARR寄存器确定PWM频率,
TIMx_CCRx寄存器确定占空比
详解:
若配置脉冲计数器TIMx_CNT为向上计数,而重载寄存器TIMx_ARR配置为N,即TIMx_CNT的当前计数值数值X在TIMxCLK时钟源的驱动下不断累加,当TIMx_CNT的数值X大于N时,会重置TIMx_CNT数值为0重新计数。
而在TIMxCNT计数的同时,TIMxCNT的计数值X会与比较寄存器TIMx_CCR预先存储了的数值A进行比较,当脉冲计数器TIMx_CNT的数值X小于比较寄存器TIMx_CCR的值A时,输出高电平(或低电平),相反地,当脉冲计数器的数值X大于或等于比较寄存器的值A时,输出低电平(或高电平)。
如此循环,得到的输出脉冲周期就为重载寄存器TIMx_ARR存储的数值(N+1)乘以触发脉冲的时钟周期,其脉冲宽度则为比较寄存器TIMx_CCR的值A乘以触发脉冲的时钟周期,即输出PWM的占空比为A/(N+1)。
如果初学者,看标注的红色字体,就大体可以理解
PWM的工作模式:
PWM模式1(向上计数) :计数器从0计数加到自动重装载值(TIMx_ARR),然后重新从0开始计数,并且产生一个计数器溢出事件
PWM模式2(向下计数) :计数器从自动重装载值(TIMx_ARR)减到0,然后重新从重装载值(TIMx_ARR)开始递减,并且产生一个计数器溢出事件
设置寄存器TIMx_CCMR1的OC1M[2:0]位来确定PWM的输出模式:
PWM模式1:在向上计数时,一旦TIMx_CNT《TIMx_CCR1时通道1为有效电平,否则为无效电平;在向下计数时,一旦TIMx_CNT》TIMx_CCR1时通道1为无效电平(OC1REF=0),否则为有效电平(OC1REF=1)。
PWM模式2:在向上计数时,一旦TIMx_CNT《TIMx_CCR1时通道1为无效电平,否则为有效电平;在向下计数时,一旦TIMx_CNT》TIMx_CCR1时通道1为有效电平,否则为无效电平。
在两种模式下TIMx_CNT(计数器当前值)与TIMx_CCR1(捕获/比较值) 只是决定是有效电平还是无效电平
有效电平可以是高电平也可以是低电平,这需要结合CCER寄存器的CC1P位的值来确定。
TIMx_CCER寄存器的CCCP位,设置输入/捕获通道1输出极性
0:高电平为有效电平
1:低电平为有效电平
若为向上计数,且CCER寄存器的CC1P位为0,则当TIMx_CNT《TIMx_CCR1时,输出高电平;
同样向上计数,且CCER寄存器的CC1P位为1,则当TIMx_CNT《TIMx_CCR1时,输出低电平。
PWM的工作过程
1、CCR1寄存器:捕获/比较值寄存器:设置比较值;
计数器值TIMx_CNT与通道1捕获比较寄存器CCR1进行比较,通过比较结果输出有效电平和无效电平
OC1REF=0 无效电平
OC1REF=1 无效电平
2、TIMx_CCMR1寄存器:OC1M[2:0]位:用于设置PWM模式
110:PWM模式1
111:PWM模式2
3、CCER寄存器:CC1P位:输入/捕获1输出极性。
0:高电平为有效电平
1:低电平为有效电平
4、CCER寄存器:CC1E位:输入/捕获1输出使能。
0:关闭使能
1:打开使能
5、输出电平信号
TIM定时器的四路通道TIMx_CHx输出PWM
摘自: 《STM32中文参考手册》254页 通用定时器框图
STM32定时器输出通道引脚
具体不同定时器对应引脚在对应芯片数据手册的引脚说明(pin description) 中查看
这里我们以TIM3_CH1 PA6作为讲解
工程创建
1设置RCC
设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源
2设置定时器
1.选择TIM3
2.设置定时器时钟源为内部时钟源
设置定时器CH1为PWM模式
3.对应管脚自动设置为复用模式
4.可自行选择是否开启定时器中断
Channel1~4 就是设置定时器通道的功能 (输入捕获、输出比较、PWM输出、单脉冲模式)
Mode 选择PWM模式1
Pulse(占空比值) 先给0
Fast Mode PWM脉冲快速模式 : 和我们配置无关,不使能
PWM 极性: 设置为低电平 PS: 由于LED是低电平点亮,所以我们把极性设置为low
在 Parameter Settings 页配置预分频系数为 71,计数周期(自动加载值)为 499,定时器溢出频率,即PWM的周期,就是 72MHz/(71+1)/(499+1) = 2kHz
PWM频率:
Fpwm =Tclk / ((arr+1)*(psc+1))(单位:Hz)
arr 是计数器值
psc 是预分频值
占空比:
duty circle = TIM3-》CCR1 / arr(单位:%)
TIM3-》CCR1 用户设定值
比如 定时器频率Tclk = 72Mhz arr=499 psc=71 那么PWM频率就是720000/500/72= 2000Hz,即2KHz
arr=499,TIM3-》CCR1=250 则pwm的占空比为50%
改CCR1可以修改占空比,修改arr可以修改频率
3时钟源设置
1选择外部时钟HSE 8MHz
2PLL锁相环倍频72倍
3系统时钟来源选择为PLL
4设置APB1分频器为 /2
32的时钟树框图
4项目文件设置
1 设置项目名称
2 设置存储路径
3 选择所用IDE
5创建工程文件
然后点击GENERATE CODE 创建工程
配置下载工具
新建的工程所有配置都是默认的 我们需要自行选择下载模式,勾选上下载后复位运行
例程详解:
这里我们创建一个呼吸灯的例程
定义变量:
/* USER CODE BEGIN 1 */
uint16_t pwmVal=0; //PWM占空比
uint8_t dir=1;
/* USER CODE END 1 */
然后使能TIM3的PWM Channel1 输出。
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
/* USER CODE END 2 */
在while循环中添加代码:
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
while (pwmVal《 500)
{
pwmVal++;
__HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, pwmVal); //修改比较值,修改占空比
// TIM3-》CCR1 = pwmVal; 与上方相同
HAL_Delay(1);
}
while (pwmVal)
{
pwmVal--;
__HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, pwmVal); //修改比较值,修改占空比
// TIM3-》CCR1 = pwmVal; 与上方相同
HAL_Delay(1);
}
HAL_Delay(200);
/* USER CODE END 3 */
}
或者直接修改CCRx寄存器的值
htim3.Instance-》CCR1 = 300; 通过 htim3.Instance-》即可访问与定时器相关寄存器
前言:
本系列教程将 对应外设原理,HAL库与STM32CubeMX结合在一起讲解,使您可以更快速的学会各个模块的使用
所用工具:
1、芯片: STM32F407ZET6/ STM32F103ZET6
2、STM32CubeMx软件
3、IDE: MDK-Keil软件
4、STM32F1xx/STM32F4xxHAL库
知识概括:
通过本篇博客您将学到:
PWM工作原理
STM32CubeMX创建PWM例程
HAL库定时器PWM函数库
PWM创建呼吸灯
什么是PWM
脉冲宽度调制(PWM),是英文“Pulse Width Modulation”的缩写,简称脉宽调制,是利用微处理器的数字输出来对模拟威廉希尔官方网站
进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
PWM工作原理
SMT32F1系列共有8个定时器:
高级定时器(TIM1、TIM8);通用定时器(TIM2、TIM3、TIM4、TIM5);基本定时器(TIM6、TIM7)。
SMT32F4系列共有15个定时器:
高级定时器(TIM1、TIM8);通用定时器(TIM2、TIM3、TIM4、TIM5、TIM9~TIM14);基本定时器(TIM6、TIM7)。
STM32的每个通用定时器都有独立的4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输出。其中,高级定时器TIM1、TIM8可以同时产生7路PWM输出
原理讲解:
下图为向上计数模式:
在PWM输出模式下,除了CNT(计数器当前值)、ARR(自动重装载值)之外,还多了一个值CCRx(捕获/比较寄存器值)。
当CNT小于CCRx时,TIMx_CHx通道输出低电平;
当CNT等于或大于CCRx时,TIMx_CHx通道输出高电平。
PWM的一个周期
定时器从0开始向上计数
当0-t1段,定时器计数器TIMx_CNT值小于CCRx值,输出低电平
t1-t2段,定时器计数器TIMx_CNT值大于CCRx值,输出高电平
当TIMx_CNT值达到ARR时,定时器溢出,重新向上计数。..循环此过程
至此一个PWM周期完成
总结:
每个定时器有四个通道,每一个通道都有一个捕获比较寄存器,
将寄存器值和计数器值比较,通过比较结果输出高低电平,便可以实现脉冲宽度调制模式(PWM信号)
TIMx_ARR寄存器确定PWM频率,
TIMx_CCRx寄存器确定占空比
详解:
若配置脉冲计数器TIMx_CNT为向上计数,而重载寄存器TIMx_ARR配置为N,即TIMx_CNT的当前计数值数值X在TIMxCLK时钟源的驱动下不断累加,当TIMx_CNT的数值X大于N时,会重置TIMx_CNT数值为0重新计数。
而在TIMxCNT计数的同时,TIMxCNT的计数值X会与比较寄存器TIMx_CCR预先存储了的数值A进行比较,当脉冲计数器TIMx_CNT的数值X小于比较寄存器TIMx_CCR的值A时,输出高电平(或低电平),相反地,当脉冲计数器的数值X大于或等于比较寄存器的值A时,输出低电平(或高电平)。
如此循环,得到的输出脉冲周期就为重载寄存器TIMx_ARR存储的数值(N+1)乘以触发脉冲的时钟周期,其脉冲宽度则为比较寄存器TIMx_CCR的值A乘以触发脉冲的时钟周期,即输出PWM的占空比为A/(N+1)。
如果初学者,看标注的红色字体,就大体可以理解
PWM的工作模式:
PWM模式1(向上计数) :计数器从0计数加到自动重装载值(TIMx_ARR),然后重新从0开始计数,并且产生一个计数器溢出事件
PWM模式2(向下计数) :计数器从自动重装载值(TIMx_ARR)减到0,然后重新从重装载值(TIMx_ARR)开始递减,并且产生一个计数器溢出事件
设置寄存器TIMx_CCMR1的OC1M[2:0]位来确定PWM的输出模式:
PWM模式1:在向上计数时,一旦TIMx_CNT《TIMx_CCR1时通道1为有效电平,否则为无效电平;在向下计数时,一旦TIMx_CNT》TIMx_CCR1时通道1为无效电平(OC1REF=0),否则为有效电平(OC1REF=1)。
PWM模式2:在向上计数时,一旦TIMx_CNT《TIMx_CCR1时通道1为无效电平,否则为有效电平;在向下计数时,一旦TIMx_CNT》TIMx_CCR1时通道1为有效电平,否则为无效电平。
在两种模式下TIMx_CNT(计数器当前值)与TIMx_CCR1(捕获/比较值) 只是决定是有效电平还是无效电平
有效电平可以是高电平也可以是低电平,这需要结合CCER寄存器的CC1P位的值来确定。
TIMx_CCER寄存器的CCCP位,设置输入/捕获通道1输出极性
0:高电平为有效电平
1:低电平为有效电平
若为向上计数,且CCER寄存器的CC1P位为0,则当TIMx_CNT《TIMx_CCR1时,输出高电平;
同样向上计数,且CCER寄存器的CC1P位为1,则当TIMx_CNT《TIMx_CCR1时,输出低电平。
PWM的工作过程
1、CCR1寄存器:捕获/比较值寄存器:设置比较值;
计数器值TIMx_CNT与通道1捕获比较寄存器CCR1进行比较,通过比较结果输出有效电平和无效电平
OC1REF=0 无效电平
OC1REF=1 无效电平
2、TIMx_CCMR1寄存器:OC1M[2:0]位:用于设置PWM模式
110:PWM模式1
111:PWM模式2
3、CCER寄存器:CC1P位:输入/捕获1输出极性。
0:高电平为有效电平
1:低电平为有效电平
4、CCER寄存器:CC1E位:输入/捕获1输出使能。
0:关闭使能
1:打开使能
5、输出电平信号
TIM定时器的四路通道TIMx_CHx输出PWM
摘自: 《STM32中文参考手册》254页 通用定时器框图
STM32定时器输出通道引脚
具体不同定时器对应引脚在对应芯片数据手册的引脚说明(pin description) 中查看
这里我们以TIM3_CH1 PA6作为讲解
工程创建
1设置RCC
设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源
2设置定时器
1.选择TIM3
2.设置定时器时钟源为内部时钟源
设置定时器CH1为PWM模式
3.对应管脚自动设置为复用模式
4.可自行选择是否开启定时器中断
Channel1~4 就是设置定时器通道的功能 (输入捕获、输出比较、PWM输出、单脉冲模式)
Mode 选择PWM模式1
Pulse(占空比值) 先给0
Fast Mode PWM脉冲快速模式 : 和我们配置无关,不使能
PWM 极性: 设置为低电平 PS: 由于LED是低电平点亮,所以我们把极性设置为low
在 Parameter Settings 页配置预分频系数为 71,计数周期(自动加载值)为 499,定时器溢出频率,即PWM的周期,就是 72MHz/(71+1)/(499+1) = 2kHz
PWM频率:
Fpwm =Tclk / ((arr+1)*(psc+1))(单位:Hz)
arr 是计数器值
psc 是预分频值
占空比:
duty circle = TIM3-》CCR1 / arr(单位:%)
TIM3-》CCR1 用户设定值
比如 定时器频率Tclk = 72Mhz arr=499 psc=71 那么PWM频率就是720000/500/72= 2000Hz,即2KHz
arr=499,TIM3-》CCR1=250 则pwm的占空比为50%
改CCR1可以修改占空比,修改arr可以修改频率
3时钟源设置
1选择外部时钟HSE 8MHz
2PLL锁相环倍频72倍
3系统时钟来源选择为PLL
4设置APB1分频器为 /2
32的时钟树框图
4项目文件设置
1 设置项目名称
2 设置存储路径
3 选择所用IDE
5创建工程文件
然后点击GENERATE CODE 创建工程
配置下载工具
新建的工程所有配置都是默认的 我们需要自行选择下载模式,勾选上下载后复位运行
例程详解:
这里我们创建一个呼吸灯的例程
定义变量:
/* USER CODE BEGIN 1 */
uint16_t pwmVal=0; //PWM占空比
uint8_t dir=1;
/* USER CODE END 1 */
然后使能TIM3的PWM Channel1 输出。
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
/* USER CODE END 2 */
在while循环中添加代码:
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
while (pwmVal《 500)
{
pwmVal++;
__HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, pwmVal); //修改比较值,修改占空比
// TIM3-》CCR1 = pwmVal; 与上方相同
HAL_Delay(1);
}
while (pwmVal)
{
pwmVal--;
__HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, pwmVal); //修改比较值,修改占空比
// TIM3-》CCR1 = pwmVal; 与上方相同
HAL_Delay(1);
}
HAL_Delay(200);
/* USER CODE END 3 */
}
或者直接修改CCRx寄存器的值
htim3.Instance-》CCR1 = 300; 通过 htim3.Instance-》即可访问与定时器相关寄存器
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