stm32f103c8t6 PWM输出

只看该作者 · 2024-1-29 17:17

前言

首先我们来了解一下 PWM 的概念，PWM（Pulse Width Modulation）即为脉冲宽度调制。放到我们这里，简单点说，就是利用单片机产生指定占空比和指定频率的方波。例如，单片机输出了一个高电平 0.5s，低电平 0.5s 的方波。那么，这个方波的占空比为 0.5/(0.5+0.5)=50%，高低电平各占一半，频率为周期（0.5s+0.5s）的倒数，即为 1Hz。如果高电平为 0.2s，低电平为 0.8s 则占空比为 0.2/(0.2+0.8)=20%，其他情况依次类推。
以单片机 STM32F103C8T6 为例讲解 PWM 的产生，通过单片机的内部定时器，可以在 IO 口输出相应的 PWM 信号。该单片机有 8 个定时器，即 TIM1-TIM8。其中，TIM1、TIM8 为高级定时器，每个都可以产生多达 7 路 PWM 信号，从 7 个 IO 口同时输出。TIM2-TIM5 为通用定时器，每个同时产生 4 路 PWM 信号。TIM6、TIM7 为基本定时器无法产生 PWM 信号。
实现功能：
配置 TIM4 的 4 路 PWM 同时输出频率为 1Hz 的信号，其中：

第一路（TIM4_CH1）占空比 10%
第二路（TIM4_CH2）占空比 20%
第三路（TIM4_CH3）占空比 50%
第四路（TIM4_CH4）占空比 80%

第一步：确定 TIM4 的 4 路 PWM 输出对应的 IO 口

查看官方数据手册《STM32F103x8_B 增强型系列中容量产品数据手册》，P20 页，截图如下：

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TIM4 的 PWM 通道 TIM4_CH1-TIM4_CH4 对应 GPIO 依次为：PB6~PB9。
int main(void)
{
   TIM4_PWM_Init(7999,8999);//方波频率1Hz

   TIM_SetCompare1(TIM4, 800);//占空比10%
   TIM_SetCompare2(TIM4,1600);//占空比20%
   TIM_SetCompare3(TIM4,4000);//占空比50%
   TIM_SetCompare4(TIM4,6400);//占空比80%

   while(1);//主循环
}

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第二步：方波频率计算--void TIM4_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)

1.定时器 TIM4 的输入时钟 CLK 为 72MHz,决定了输出 PWM 的频率最高低于 72MHz；
2.CLK 经过预分频计数器，进行了 psc+1 分频，输入时钟降为 72MHz/（psc+1）；
3.分频之后，再计数（arr+1）次后才算完成一个周期的 PWM 输出，因此频率又降低了（arr+1）倍；
4.PWM 频率 =72MHz/（psc+1）/（arr+1）
5.根据参数 72MHz/(7999+1)/(8999+1) = 1Hz.

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第三步：占空比设置--void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1)；

1.定时器 TIM4 的计数寄存器从 0 累加到 arr 循环，通过将计数寄存器的值 N 和 Compare1 进行比较；
2.在一个周期内，N 小于 Compare1 时输出高，N 大于 Compare1 输出低；（或者设置为相反）
3.因此占空比：Compare1/(arr+1);
4.依据参数，10% 占空比 Compare1=800，即 10%=800/(7999+1),其他依次类推。

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void TIM4_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
   TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

   //使能定时器TIM4时钟，注意TIM4时钟为APB1，而非APB2
   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);
   //使能PWM输出GPIO口时钟
   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE);

   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;//定时器TIM4的PWM输出通道1，TIM4_CH1
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO

   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;//定时器TIM4的PWM输出通道1，TIM4_CH2
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO

   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;//定时器TIM4的PWM输出通道3，TIM4_CH3
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO

   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;//定时器TIM4的PWM输出通道2，TIM4_CH4
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO

   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;//自动重装值
   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //时钟预分频数
   TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
   TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//TIM向上计数模式
   TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //初始化TIM4

   //初始化TIM4_CH1的PWM模式
   TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;//设置PWM模式1
   TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;//比较输出使能
   TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //
   TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;//输出极性为高
   TIM_OC1Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);//初始化TIM4_CH1

   //初始化TIM4_CH2的PWM模式
   TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
   TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
   TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
   TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
   //TIM4_CH2初始化，注意为OC2，而不是OC1，下面两个通道依次类推。
   TIM_OC2Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);

   //初始化TIM4_CH3的PWM模式
   TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
   TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
   TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
   TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
   TIM_OC3Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);

   //初始化TIM4_CH4的PWM模式
   TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
   TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
   TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
   TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
   TIM_OC4Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);

   //使能4个通道的预装载寄存器
   TIM_OC1PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable);//OC1
   TIM_OC2PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable);//OC2
   TIM_OC3PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable);//OC3
   TIM_OC4PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable);//OC4
   TIM_ARRPreloadConfig(TIM4, ENABLE); //使能重装寄存器

   TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);//使能定时器TIM4，准备工作
}