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如何利用PWM实现对LED灯亮度的控制/对电机转速的控制?

如何利用PWM实现对LED灯亮度的控制/对电机转速的控制?

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马秀英

2022-1-21 14:16:00
一. PWM输出实验

PWM又称脉冲宽度调制，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值），可用来实现对LED灯亮度的控制、对电机转速的控制等等。
简单的说PWM就是高电平与低电平组合起来的一种波
1. STM32 PWM说明



  • STM32的PWM输出主要使用到定时器中的这一部分：

  • PWM的工作过程如下：

定时器从0开始计数，计数到ARR（重装载值）时，重新从0开始计数；在计数过程中，如果计数的值小于CCRx（比较寄存器的值）时输出低电平，大于CCRx时输出高电平。这样就实现的PWM的输出信号。
输出信号的周期是由ARR的值来决定的，而占空比是由CCRx的值决定的



  • PWM的周期与占空比的相关计算：

定时器溢出时间的计算：Timeout=(ARR+1)xT=(ARR+1)(PSC+1)/Tclk 其中ARR为ARR寄存器（重装载值）的值；T为每计数加一需要的时间，也就是定时器时钟频率的倒数；PSC为PSC寄存器（预分频倍数）的值；Tclk为未进行预分频时定时器的时钟。
PWM频率与占空比计算：PWM的周期就是Timeout（定时器溢出时间）的值；占空比是用CCR寄存器的值除以ARR（此时是CNT小于CCR输出1，大于则输出0）,或用ARR-CCR的值除以ARR（此时是CNT大于CCR输出1，小于则输出0）
例如：将PSC设置为71，将ARR设置为999，则此时的Timeout=0.001s，即定时器的溢出时间为1ms，则PWM的周期就是1ms；之后将CCR设置为400，且将PWM设置模式二（CNT大于CCR输出高电平），因此此时占空比为（1000-400）/1000=60%。


  • 内部具体寄存器的控制如下：

    其中：
    ◉CNT：计数器的值
    ◉CCR1：比较寄存器，作用是设置比较值
    ◉CCMR1：该寄存器的[2:0]位在PWM模式下用于设置PWM模式1[110]或者模式2[111]
    PWM模式1：在向上计数时，一旦CNTCCR1时通道1为无效电平，否则为有效电平。
    PWM模式2：在向上计数时，一旦CNTCCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平。
    ◉CCER：该寄存器的CC1P位用来“输入/捕获1输出极性”；设置为0时高电平有效，设置为1时低电平有效。
    该寄存器的CC1E位用来“输入/捕获1输出使能”；设置为0时关闭，设置为1时打开。

2. 常用库函数



  • PWM输出配置
    void TIM_OC2Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);
    其中第二个参数的结构体定义为：

typedef struct{  uint16_t TIM_OCMode;       设置PWM模式1 或 模式2  uint16_t TIM_OutputState;    输出使能 或 失能  uint16_t TIM_OutputNState;   uint16_t TIM_Pulse;         设置比较值CCRx  uint16_t TIM_OCPolarity;     设置比较输出极性  uint16_t TIM_OCNPolarity;     uint16_t TIM_OCIdleState;     uint16_t TIM_OCNIdleState; } TIM_OCInitTypeDef;

  • 使能“输出比较的预装载”
    void TIM_OC2PreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);
  • 设置比较值函数
    void TIM_SetCompareX(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1);
  • 使能“自动重装值的预装载”
    void TIM_ARRPreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);

3. 具体库函数配置

程序实现LED灯的亮度调节


  • 使能定时器3和相关IO口时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd();
    实例中为：

        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);        使能TIM3时钟         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB);     使能GPIOB的时钟

  • 初始化IO口为复用功能输出
    GPIO_Init();
    实例中为：

        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;        GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

  • 把PB5（LED0）用作定时器的PWM输出引脚，所以要进行重映射配置（开启AFIO时钟，重映射使能）
    RCC_APB2PeriphClockCmd();使能AFIO时钟
    GPIO_PinRemapConfig();
    实例中为：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);使能AFIO时钟GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3,ENALBE); 使能TIM3的部分重映射

  • 初始化定时器
    TIM_TimeBaseInit(); 配置重装载值ARR，预分频系数PSC
    这样就确定了PWM的周期
    实例中为：

        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;                TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;   设置自动装载值        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;   设置预分频系数        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;            TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; 向上计数模式         TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);  

  • 初始化 TIM3 通道2的PWM模式
    TIM_OC2Init(); 配置比较值CCR，PWM的模式，极性
    实例中为：

        TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;                TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;  pwm模式2         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState =TIM_OutputState_Enable;         TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  高极性        TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);

  • 使能CCR预装载寄存器
    TIM_OC2PolarityConfig();
    实例中为：

        TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);   

  • 使能定时器
    TIM_Cmd();
    实例中为：

TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  

  • 改变CCRx的值，改变LED0的输出占空比
    TIM_SetCompare2();
    实例中为：

TIM_SetCompare2(TIM3,ccr);  ccr为一个自己设置的变量
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