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怎样采用定时器的方法去实现PWM脉宽调制呢

PWM是什么?
怎样采用定时器的方法去实现PWM脉宽调制呢?

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郭晓晨

2021-11-8 14:17:11
  PWM 介绍
  PWM是 Pulse Width Modulation 的缩写,中文意思就是脉冲宽度调 制,简称脉宽调制。它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,其控制简单、灵活和动态响应好等优点而成 为电力电子技术最广泛应用的控制方式,其应用领域包括测量,通信, 功率控制与变换,电动机控制、伺服控制、调光、开关电源,甚至某些 音频放大器,因此学习PWM具有十分重要的现实意义。 其实我们也可以这样理解,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。PWM 信号仍然是数字的,因为在给定的 任何时刻,满幅值的直流供电要么完全有(ON),要么完全无(OFF)。电压 或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去 的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,断的时候即是供电被 断开的时候。只要带宽足够,任何模拟值都可以使用 PWM 进行编码。
  
  采用定时器方法实现PWM的方法,设置定时器的分频寄存器、记数寄存器、重载寄存器和比较寄存器。
  使用实例
  代码 野火 第31章 TIM—高级定时器-PWM输入捕获
  部分如下:
  /* ---------------- PWM信号 周期和占空比的计算--------------- */
  // ARR :自动重装载寄存器的值
  // CLK_cnt:计数器的时钟,等于 Fck_int / (psc+1) = 72M/(psc+1)
  // PWM 信号的周期 T = ARR * (1/CLK_cnt) = ARR*(PSC+1) / 72M
  // 占空比P=CCR/(ARR+1)
  /**
  * @brief 通用定时器PWM输出初始化
  * @param 无
  * @retval 无
  * @note
  */
  static void ADVANCE_TIM_Mode_Config(void)
  {
  // 开启定时器时钟,即内部时钟CK_INT=72M
  ADVANCE_TIM_APBxClock_FUN(ADVANCE_TIM_CLK,ENABLE);
  /*--------------------时基结构体初始化-------------------------*/
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
  // 自动重装载寄存器的值,累计TIM_Period+1个频率后产生一个更新或者中断
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=ADVANCE_TIM_PERIOD;
  // 驱动CNT计数器的时钟 = Fck_int/(psc+1)
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= ADVANCE_TIM_PSC;
  // 时钟分频因子 ,配置死区时间时需要用到
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
  // 计数器计数模式,设置为向上计数
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
  // 重复计数器的值,没用到不用管
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
  // 初始化定时器
  TIM_TimeBaseInit(ADVANCE_TIM, &TIM_TimeBaseStructure);
  /*--------------------输入捕获结构体初始化-------------------*/
  // 使用PWM输入模式时,需要占用两个捕获寄存器,一个测周期,另外一个测占空比
  TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
  // 捕获通道IC1配置
  // 选择捕获通道
  TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = ADVANCE_TIM_IC1PWM_CHANNEL;
  // 设置捕获的边沿
  TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
  // 设置捕获通道的信号来自于哪个输入通道,有直连和非直连两种
  TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
  // 1分频,即捕获信号的每个有效边沿都捕获
  TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  // 不滤波
  TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0;
  // 初始化PWM输入模式
  TIM_PWMIConfig(ADVANCE_TIM, &TIM_ICInitStructure);
  // 当工作做PWM输入模式时,只需要设置触发信号的那一路即可(用于测量周期)
  // 另外一路(用于测量占空比)会由硬件自带设置,不需要再配置
  // 捕获通道IC2配置
  // TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = ADVANCE_TIM_IC1PWM_CHANNEL;
  // TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Falling;
  // TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_IndirectTI;
  // TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  // TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0;
  // TIM_PWMIConfig(ADVANCE_TIM, &TIM_ICInitStructure);
  // 选择输入捕获的触发信号
  TIM_SelectInputTrigger(ADVANCE_TIM, TIM_TS_TI1FP1);
  // 选择从模式: 复位模式
  // PWM输入模式时,从模式必须工作在复位模式,当捕获开始时,计数器CNT会被复位
  TIM_SelectSlaveMode(ADVANCE_TIM, TIM_SlaveMode_Reset);
  TIM_SelectMasterSlaveMode(ADVANCE_TIM,TIM_MasterSlaveMode_Enable);
  // 使能捕获中断,这个中断针对的是主捕获通道(测量周期那个)
  TIM_ITConfig(ADVANCE_TIM, TIM_IT_CC1, ENABLE);
  // 清除中断标志位
  TIM_ClearITPendingBit(ADVANCE_TIM, TIM_IT_CC1);
  // 使能高级控制定时器,计数器开始计数
  TIM_Cmd(ADVANCE_TIM, ENABLE);
  }
  keil5结果如下:
  
  使用高级定时器TIM1 的通道 1 及其互补通道作为本实验的波形,对应选择 PA6 输 出的 PWM 信号。
  DAC 介绍
  DAC 为数字/模拟转换模块,故名思议,它的作用就是把输入的数字编码,转换成对应的模拟电压输出,它的功能与 ADC 相反。在常见的数字信号系统中,大部分传感器信号被化成电压信号,而 ADC 把电压模拟信号转换成易于计算机存储、处理的数字编码,由计算机处理完成后,再由 DAC 输出电压模拟信号,该电压模拟信号常常用来驱动某些执行器件,使人类易于感知。如音频信号的采集及还原就是这样一个过程。STM32 具有片上 DAC 外设,它的分辨率可配置为 8 位或 12 位的数字输入信号,具有两个 DAC 输出通道,这两个通道互不影响,每个通道都可以使用 DMA 功能,都具有出错检测能力,可外部触发。
  输出正弦波
  部分代码如下:
  //正弦波单个周期的点数
  #define POINT_NUM 32
  /* 波形数据 ---------------------------------------------------------*/
  const uint16_t Sine12bit[POINT_NUM] = {
  2048 , 2460 , 2856 , 3218 , 3532 , 3786 , 3969 , 4072 ,
  4093 , 4031 , 3887 , 3668 , 3382 , 3042 , 2661 , 2255 ,
  1841 , 1435 , 1054 , 714 , 428 , 209 , 65 , 3 ,
  24 , 127 , 310 , 564 , 878 , 1240 , 1636 , 2048
  };
  uint32_t DualSine12bit[POINT_NUM];
  /**
  * @brief 使能DAC的时钟,初始化GPIO
  * @param 无
  * @retval 无
  */
  static void DAC_Config(void)
  {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  DAC_InitTypeDef DAC_InitStructure;
  /* 使能GPIOA时钟 */
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
  /* 使能DAC时钟 */
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);
  /* DAC的GPIO配置,模拟输入 */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  /* 配置DAC 通道1 */
  DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_T2_TRGO; //使用TIM2作为触发源
  DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None; //不使用波形发生器
  DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Disable; //不使用DAC输出缓冲
  DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure);
  /* 配置DAC 通道2 */
  DAC_Init(DAC_Channel_2, &DAC_InitStructure);
  /* 使能通道1 由PA4输出 */
  DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE);
  /* 使能通道2 由PA5输出 */
  DAC_Cmd(DAC_Channel_2, ENABLE);
  /* 使能DAC的DMA请求 */
  DAC_DMACmd(DAC_Channel_2, ENABLE);
  }
  /**
  * @brief 配置TIM
  * @param 无
  * @retval 无
  */
  static void DAC_TIM_Config(void)
  {
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
  /* 使能TIM2时钟,TIM2CLK 为72M */
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
  /* TIM2基本定时器配置 */
  // TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (20-1); //定时周期 20
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0x0; //预分频,不分频 72M / (0+1) = 72M
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0x0; //时钟分频系数
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
  TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
  /* 配置TIM2触发源 */
  TIM_SelectOutputTrigger(TIM2, TIM_TRGOSource_Update);
  /* 使能TIM2 */
  TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
  }
  /**
  * @brief 配置DMA
  * @param 无
  * @retval 无
  */
  static void DAC_DMA_Config(void)
  {
  DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
  /* 使能DMA2时钟 */
  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA2, ENABLE);
  /* 配置DMA2 */
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = DAC_DHR12RD_ADDRESS; //外设数据地址
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&DualSine12bit ; //内存数据地址 DualSine12bit
  DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST; //数据传输方向内存至外设
  DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = POINT_NUM; //缓存大小为POINT_NUM字节
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设数据地址固定
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //内存数据地址自增
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Word; //外设数据以字为单位
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Word; //内存数据以字为单位
  DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; //循环模式
  DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //高DMA通道优先级
  DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //非内存至内存模式
  DMA_Init(DMA2_Channel4, &DMA_InitStructure);
  /* 使能DMA2-14通道 */
  DMA_Cmd(DMA2_Channel4, ENABLE);
  }
  /**
  * @brief DAC初始化函数
  * @param 无
  * @retval 无
  */
  void DAC_Mode_Init(void)
  {
  uint32_t Idx = 0;
  DAC_Config();
  DAC_TIM_Config();
  /* 填充正弦波形数据,双通道右对齐*/
  for (Idx = 0; Idx 《 POINT_NUM; Idx++)
  {
  DualSine12bit[Idx] = (Sine12bit[Idx] 《《 16) + (Sine12bit[Idx]);
  }
  DAC_DMA_Config();
  }
  用 USB 线连接开发板的“USB 转串口‖接口跟电脑,把编译好的程序下载到开发板,使用示波器测量PA4 和 PA5的引脚可看到正弦波形。
  非常的清楚!
  简单音频输出
  1、使用Audition 截取想要播放的音频。
  2、保存声音为8khz,量化16bit,单通道,时长仅仅2秒左右的wav文件。
  3、使用WavToC将wav文件转化为C语言代码。
  
  4、修改野火代码,向红色区域复制我们上步骤得到的数组内容。
  
  运行程序!
  示波器的效果不太明显!
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