12.PWM—基于CT117E开发板的STM32库函数编程

1.PWM 简介STM32 的定时器除了 TIM6 和 7。其他的定时器都可以用来产生 PWM 输出。其中高级定时器 TIM1 和 TIM8 可以同时产生多达 7 路的 PWM 输出。而通用定时器也能同时产生多达4路的 PWM 输出，这样，STM32 最多可以同时产生 30 路 PWM 输出！要使 STM32 的高级定时器 TIM2产生 PWM 输出，除了上一章介绍的几个寄存器（ARR、PSC、CR1 等）外，我们还会用到 4 个寄存器（通用定时器则只需要 3 个） ，来控制 PWM 的输出。这四个寄存器分别是：捕获/比较模式寄存器（TIMx_CCMR1/2） 、捕获/比较使能寄存器（TIMx_CCER）、捕获/比较寄存器（TIMx_CCR1~4）以及刹车和死区寄存器（TIMx_BDTR） 。首先是捕获/比较模式寄存器（TIMx_CCMR1/2），该寄存器总共有 2 个，TIMx _CCMR1和 TIMx _CCMR2。TIMx_CCMR1 控制 CH1 和 2，而 TIMx_CCMR2 控制 CH3 和 4。该寄存器的各位描述如图:于该寄存器的详细说明，请参考《STM32 参考手册》第 240 页，13.4.7 一节。设置位 OCxM，此部分由 3 位组成。总共可以配置成 7 种模式，我们使用的是 PWM 模式，这 3 位必须设置为110/111。这两种PWM 模式的区别就是输出电平的极性相反。另外 CCxS 用于设置通道的方向（输入/输出）默认设置为 0，就是设置通道作为输出使用。接下来，我们介绍捕获/比较使能寄存器（TIMx_CCER），该寄存器控制着各个输入输出通道的开关。该寄存器的各位描述如图:该寄存器比较简单，我们这里只用到了 CC1E 位，该位是输入/捕获 1 输出使能位，要想PWM 从 IO 口输出，这个位必须设置为 1，所以我们需要设置该位为 1。该寄存器更详细的介绍了，请参考《STM32 参考手册》第 244 页，13.4.9 这一节。最后，我们介绍一下捕获/比较寄存器（TIMx_CCR1~4），该寄存器总共有 4 个，对应 4 个输通道 CH1~4。因为这 4 个寄存器都差不多，我们仅以 TIMx_CCR1 为例介绍，该寄存器的各位描述如图 :在输出模式下，该寄存器的值与 CNT 的值比较，根据比较结果产生相应动作。利用这点我们通过修改这个寄存器的值，就可以控制 PWM 的输出脉宽了。我们使用的是 TIM2的通道2和3，所以我们需要修改 TIM2_CCR2和TIM2_CCR3 以实现脉宽控制。如果是通用定时器，则配置以上三个寄存器就够了，但是如果是高级定时器，则还需要配置：刹车和死区寄存器（TIMx_BDTR），该寄存器各位描述如图 :该寄存器，我们只需要关注最高位：MOE 位，要想高级定时器的 PWM 正常输出，则必须设置 MOE 位为 1，否则不会有输出。注意：通用定时器不需要配置这个。其他位我们这里就不详细介绍了，请参考《STM32 参考手册》第 248 页，13.4.18 这一节。2.配置步骤1 ） 开启 TIM2 时钟，配置 PA1、2为复用输出。要使用 TIM2， 我们必须先开启 TIM2的时钟，这里我们还要配置 PA1、2 为复用输出（当然还要时能 PORTA 的时钟） ，这是因为 TIM2_CH2 通道将使用 PA1的复用功能作为输出。库函数使能 TIM2 时钟的方法是：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //使能定时器 3 时钟

设置 PA1、2 为复用功能输出的方法在前面的几个实验都有类似的讲解， 相信大家很明白,这里简单列出 GPIO 初始化的一行代码即可：

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出

2 ）设置 TIM2的ARR 和 PSC 。在开启了 TIM1 的时钟之后， 我们要设置 ARR 和 PSC 两个寄存器的值来控制输出 PWM 的周期。当 PWM 周期太慢（低于 50Hz）的时候，我们就会明显感觉到闪烁了。因此，PWM 周期在这里不宜设置的太小。这在库函数是通过 TIM_TimeBaseInit 函数实现的，在上一节定时器中断章节我们已经有讲解，这里就不详细讲解，调用的格式为：

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置自动重装载值

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置预分频值

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式

TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化 TIMx 的

3 ）设置 TIM2_CH2、3的 PWM 模式 及通道方向, 使能 TIM2的 CH2、3输出 接下来，我们要设置 TIM2_CH2、3 为 PWM 模式（默认是冻结的） 要通过配置 TIM1_CCMR1 的相关位来控制 TIM2_CH2 、3的模式。在库函数中，PWM 通道设置是通过函数 TIM_OC1Init()~TIM_OC4Init()来设置的，不同的通道的设置函数不一样，这里我们使用的是通道2，所以使用的函数是TIM_OC2Init()。

void TIM_OC2Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct)；

结构体 TIM_OCInitTypeDef的定义：

typedef struct

{

uint16_t TIM_OCMode;

uint16_t TIM_OutputState;

uint16_t TIM_OutputNState;

uint16_t TIM_Pulse;

uint16_t TIM_OCPolarity;

uint16_t TIM_OCNPolarity;

uint16_t TIM_OCIdleState;

uint16_t TIM_OCNIdleState;

} TIM_OCInitTypeDef;

我们要求相关的几个成员变量：参数 TIM_OCMode 设置模式是 PWM 还是输出比较，这里我们是 PWM 模式。参数 TIM_OutputState 用来设置比较输出使能，也就是使能 PWM 输出到端口。参数 TIM_OCPolarity 用来设置极性是高还是低。其他的参数 TIM_OutputNState，TIM_OCNPolarity，TIM_OCIdleState 和 TIM_OCNIdleState 是高级定时器 TIM1 和 TIM8 才用到的。要实现我们上面提到的场景，方法是：

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;//选择 PWM 模式 2

TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能

TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;//输出极性高

TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //初始化 TIM1 OC1

4 ） 使能 TIM2。在完成以上设置了之后，我们需要使能 TIM2。使能 TIM2的方法前面已经讲解过：

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); //使能 TIM2

5 ） 设置 MOE  输出，使能 PWM  输出 。普通定时器在完成以上设置了之后，就可以输出 PWM 了，但是高级定时器，我们还需要使能刹车和死区寄存器（TIM2_BDTR）的 MOE 位，以使能整个 OCx（即 PWM）输出。库函数的设置函数为：

TIM_CtrlPWMOutputs(TIM2,ENABLE); // MOE 主输出使能

6 ） 修改 TIM1_CCR1  来控制占空比。最后，在经过以上设置之后，PWM 其实已经开始输出了，只是其占空比和频率都是固定的，而我们通过修改 TIM2_CCR1 则可以控制 CH2 的输出占空比。在库函数中，修改 TIM2_CCR2 占空比的函数是：

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1)

理所当然，对于其他通道，分别有一个函数名字，函数格式为TIM_SetComparex(x=1,2,3,4)。通过以上 6 个步骤，我们就可以控制 TIM2 的 CH2、3 输出 PWM 波了。3.软件设计初始化函数如下:

void TIM_Config(uint16_t Channel2Pulse, uint16_t Channel3Pulse)

{

TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;

TIM_OCInitTypeDefTIM_OCInitStructure;

/*1.1使能 tim1 时钟*/

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

/*2.定时器配置*/

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;//设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值1K

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;//设置用来作为 TIM2 时钟频率除数的预分频值 不分频

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;//设置时钟分割:TDTS = Tck_tim

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//向上计数

TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);//初始化 TIMx

//TIM2预分频设置:1MHZ,APB1分频系数2，TIM2时钟为36MHzx2 = 72MHz 

TIM_PrescalerConfig(TIM2,71, TIM_PSCReloadMode_Immediate);

/*3.Channel 2 and 3 Configuration in PWM mode */

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;//脉宽调制模式 2

TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;//比较输出使能

TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;//互补输出

比较输出使能

TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Channel2Pulse; //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值

TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;//TIM 输出比较极性低

TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;//TIM2 输出比较 N 极性低

TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;//当 MOE=0 设置 TIM2输出比较空闲状态

TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;//当 MOE=0 重置 TIM1 输出比较N空闲状态

TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);//4.初始化外设 TIM2

TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Channel3Pulse;//设置了待装入捕获比较寄存器的脉冲值.它的取值必须在0x0000和 0xFFFF之间。

TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

//初始化外设 TIM2

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);//使能 TIM1

TIM_CtrlPWMOutputs(TIM2, ENABLE);//5.MOE 主输出使能

}

/*

1.2设置该引脚为复用输出功能,输出 TIM2 CH2 3 的 PWM 脉冲波形*/

void PWM_IO_Config(void)

{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

}

在主函数中如下使用

TIM_Config(998/2,998*7/10);

补充：STM32定时器与端口对应关系