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電機控制基礎知識1—定時器基礎知識與PWM輸出原理

碼農(nóng)愛學習 ? 來源:碼農(nóng)愛學習 ? 作者:碼農(nóng)愛學習 ? 2021-06-17 00:11 ? 次閱讀

單片機開發(fā)中,電機的控制與定時器有著密不可分的關(guān)系,無論是直流電機,步進電機還是舵機,都會用到定時器,比如最常用的有刷直流電機,會使用定時器產(chǎn)生PWM波來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,通過定時器的正交編碼器接口來測量轉(zhuǎn)速等。

本篇先介紹定時器的基礎知識,然后對照這些知識介紹一下定時器輸出PWM的基本原理,以及編程實現(xiàn)與代碼分析。

首先來看一下定時器的基礎介紹。

1 定時器基礎知識

1.1 定時器種類

STM32F4為例,一共有14個定時器:

  • 高級定時器(TIM1、TIM8)

  • 通用定時器(TIM2~TIM5,TIM9~TIM14)

    • TIM2~TIM5(通用定時器里功能較多的)

    • TIM9/TIM12

    • TIM10/TIM11和TIM13/TIM14

  • 基本定時器 (TIM6、TIM7)

pYYBAGDKIqSACxHkAABThnF_A_Q612.png

1.2 各種定時器的特性

1.2.1 高級定時器與通用定時器

這里列舉高級定時器的特性,在此基礎上,對比添加其與通用定時器的不同之處:

  • 16 位遞增、遞減、遞增/遞減自動重載計數(shù)器(TIM2 和 TIM5為32位

  • 16 位可編程預分頻器,用于對計數(shù)器時鐘頻率進行分頻(即運行時修改),分頻系數(shù)介于 1 到 65536 之間。

  • 多達 4 個獨立通道(TIM9/TIM12有2個,TIM10/TIM11,TIM13/TIM14只有1個),可用于:

    • 輸入捕獲

    • 輸出比較

    • PWM 生成(邊沿和中心對齊模式)(高級定時器和TIM2~TIM5特有,其它是只有邊沿對齊模式

    • 單脈沖模式輸出

  • 帶可編程死區(qū)的互補輸出(高級定時器特有)。

  • 使用外部信號控制定時器且可實現(xiàn)多個定時器互連的同步電路(TIM10/TIM11,TIM13/TIM14沒有)。

  • 重復計數(shù)器,用于僅在給定數(shù)目的計數(shù)器周期后更新定時器寄存器高級定時器特有)。

  • 用于將定時器的輸出信號置于復位狀態(tài)或已知狀態(tài)的斷路輸入(高級定時器特有)。

  • 發(fā)生如下事件時生成中斷/DMA 請求:

    • 更新:計數(shù)器上溢/下溢、計數(shù)器初始化(通過軟件或內(nèi)部/外部觸發(fā))

    • 觸發(fā)事件(計數(shù)器啟動、停止、初始化或通過內(nèi)部/外部觸發(fā)計數(shù))(TIM10/TIM11和TIM13/TIM14沒有此功能

    • 輸入捕獲

    • 輸出比較

    • 斷路輸入(高級定時器特有

  • 支持定位用增量(正交)編碼器和霍爾傳感器電路(高級定時器和TIM2~TIM5特有)。

  • 外部時鐘觸發(fā)輸入或逐周期電流管理(高級定時器和TIM2~TIM5特有)。

1.2.2 基本定時器

基本定時器 (TIM6、TIM7)的功能比較單一,所具有的功能如下:

  • 16 位自動重載遞增計數(shù)器

  • 只能定時,沒有外部 IO

  • 16 位可編程預分頻器,用于對計數(shù)器時鐘頻率進行分頻(即運行時修改),分頻系數(shù) 介于 1 和 65536 之間

  • 用于觸發(fā) DAC 的同步電路

  • 發(fā)生如下更新事件時會生成中斷/DMA 請求:計數(shù)器上溢

1.3 定時器使用配置

使用定時器,一般需要配置如下:

  • 時基:也就是計數(shù)器的計數(shù)時鐘

  • 自動重裝載值:每次計數(shù)的最大值

  • 輸出通道:當需要使用定時器輸出某種波形時(如PWM)

  • 輸入通道:當需要使用定時器接收某種波形時(如電機編碼器信號)

先來看一下定時器的原理框圖,對定時器的內(nèi)部原理有一個整體直觀的感受:

pYYBAGDKIqWAIh8pAAGGLYA2Kn4782.png

1.3.1 時鐘源

從上圖可以看出,計數(shù)器的時鐘源可以為:

  • 由RCC的內(nèi)部時鐘分頻得到

  • 由定時器的TIMx_ETR引腳得到

  • 由其他定時器通過TRGO輸出得到

一般使用RCC的內(nèi)部時鐘CK_INT,也即定時器時鐘TIMxCLK,經(jīng)APB1或APB2預分頻器后分頻提供。

關(guān)于定時器時鐘源的具體細節(jié),可以來看一下STM32F4的時鐘樹

poYBAGDKIqiAFtRsAAPd564sbpY895.png

從STM32F4的內(nèi)部時鐘樹可知:

  • 高級定時器timer1, timer8以及通用定時器timer9, timer10, timer11的時鐘來源是APB2總線(84MHZ)

  • 通用定時器timer2~timer5,通用定時器timer12~timer14以及基本定時器timer6,timer7的時鐘來源是APB1總線(42MHZ)

另外:

  • 當APB1和APB2分頻數(shù)為1的時候,各定時器的時鐘就是對應的APB1或APB2的時鐘;

  • 如果APB1和APB2分頻數(shù)不為1,那么各定時器的時鐘就是對應的APB1或APB2的時鐘的2倍;

    由于庫函數(shù)中 APB1 預分頻的系數(shù)默認是 2,所以,所以TIM1、TIM8~TIM11的時鐘為APB2時鐘的兩倍即168MHz,TIM2~TIM7、TIM12~TIM14的時鐘為APB1的時鐘的兩倍即84MHz。

1.3.2 計數(shù)器時鐘

由于定時器時鐘的提供的可以頻率較高,計數(shù)器不需要這么高的頻率來計數(shù),所以會進行降頻,使用一個合適的低頻時鐘來計數(shù)。

定時器時鐘經(jīng)過PSC 預分頻器之后,即 CK_CNT,用來驅(qū)動計數(shù)器計數(shù)。PSC 是一個16 位的預分頻器,可以對定時器時鐘TIMxCLK 進行 1~65536 之間的任何一個數(shù)進行分頻。

具體計算方式為:CK_CNT=TIMxCLK/(PSC+1)。

比如,使用STM32F4的通用定時器2(TIM2CLK為APB1的時鐘的兩倍即84MHz),PSC設置為83,則計數(shù)時鐘為84MHz/(83+1)=1MHz,即1ms計一個數(shù)。

1.3.3 計數(shù)器

計數(shù)器 CNT 是一個 16 位的計數(shù)器,只能往上計數(shù),最大計數(shù)值為 65535。當計數(shù)達到自動重裝載寄存器的時候產(chǎn)生更新事件,并清零從頭開始計數(shù)。

1.3.4 自動重裝載寄存器

自動重裝載寄存器 ARR 是一個 16 位的寄存器,這里面裝著計數(shù)器能計數(shù)的最大數(shù)值。當計數(shù)到這個值的時候,如果使能了中斷的,定時器就產(chǎn)生溢出中斷。

2 定時器輸出PWM原理

如下圖是PWM輸出的原理示意圖:

假設定時器工作模式設置為向上計數(shù) PWM模式,且當 CNT=CCRx 時輸出 0,則:

  • 當 CNT 值小于 CCRx 的時候, IO 輸出高電平 (1)

  • 當 CNT 值大于等于 CCRx 的時候,IO 輸出低電平 (0)

  • 當 CNT 達到 ARR 值的時候,重新歸零,然后重新向上計數(shù),依次循環(huán)。

因此,改變 CCRx 的值,就可以改變 PWM 輸出的占空比,改變 ARR 的值,就可以改變 PWM 輸出的周期(頻率),這就是利用定時器輸出PWM 的基本原理。

poYBAGDKIqmAen9xAADWlMbxy2g581.png

3 定時器常用的寄存器

使用定時器來輸出PWM時,需要對其寄存器進行相應的設置。定時器的寄存器有好多個,這里先介紹幾個與輸出PWM相關(guān)的幾個寄存器,其它是寄存器以后用到時再介紹。

3.1 控制寄存器CR1

控制寄存器,就是來設置定時的工作模式:

pYYBAGDKIqmAXYlEAAAnR0tMjF4643.png

  • 位 15:10 保留,必須保持復位值。

  • 位 9:8 CKD:時鐘分頻 (Clock division) 此位域指示定時器時鐘 (CK_INT) 頻率與數(shù)字濾波器所使用的采樣時鐘(ETR、TIx)之間的分頻比,

  • 位 7 ARPE:自動重載預裝載使能 (Auto-reload preload enable)

    • 0:TIMx_ARR 寄存器不進行緩沖

    • 1:TIMx_ARR 寄存器進行緩沖

  • 位 6:5 CMS:中心對齊模式選擇 (Center-aligned mode selection),包括1種邊沿對齊模式與3種中心對齊模式

  • 位 4 DIR:計數(shù)器方向 (Direction),0為遞增計數(shù),1為遞減計數(shù)。

    注: 當定時器配置為中心對齊模式或編碼器模式時,該位為只讀狀態(tài)。

  • 位 3 OPM:單脈沖模式 (One-pulse mode)

  • 位 2 URS:更新請求源 (Update request source)

    此位由軟件置 1 和清零,用以選擇 UEV 事件源。

  • 位 1 UDIS:更新禁止 (Update disable) 此位由軟件置 1 和清零,用以使能/禁止 UEV 事件生成。

  • 位 0 CEN:計數(shù)器使能 (Counter enable),0為禁止計數(shù)器,1為使能計數(shù)器

    只有事先通過軟件將 CEN 位置 1,才可以使用外部時鐘、門控模式和編碼器模式。而觸發(fā)模式可通過硬件自動將 CEN 位置 1。在單脈沖模式下,當發(fā)生更新事件時會自動將 CEN 位清零。

3.2 捕獲/比較模式寄存器CCMR1

這些通道可用于輸入(捕獲模式)輸出(比較模式)模式。通道方向通過配置相應的 CCxS 位進行定義。此寄存器的所有其它位在輸入模式和輸出模式下的功能均不同。對于任一給定位

  • OCxx 用于說明通道配置為輸出時該位對應的功能

  • ICxx 則用于說明通道配置為輸入時 該位對應的功能

因此,必須注意同一個位在輸入階段和輸出階段具有不同的含義。

pYYBAGDKIqqAaLK0AABGDNkRr5A165.png

這里僅先介紹輸出模式下的功能:

  • 位 15 OC2CE:輸出比較 2 清零使能 (Output compare 3 clear enable)

  • 位 14:12 OC2M[2:0]:輸出比較 2 模式 (Output compare 2 mode)

  • 位 11 OC2PE:輸出比較 2 預裝載使能 (Output compare 2 preload enable)

  • 位 10 OC2FE:輸出比較 2 快速使能 (Output compare 2 fast enable)

  • 位 9:8 CC2S[1:0]:捕獲/比較 2 選擇 (Capture/Compare 2 selection) 參考下面的CC1S通道1

  • 位 7 OC1CE:輸出比較 1 清零使能 (Output compare 3 clear enable)

    OC1CE:輸出比較 1 清零使能 (Output Compare 1 Clear Enable)

    • 0:OC1Ref 不受 ETRF 輸入影響

    • 1:ETRF 輸入上檢測到高電平時, OC1Ref 立即清零。

  • 位 6:4 OC1M:輸出比較 1 模式 (Output compare 1 mode) 一共可配置位7種模式,這里僅介紹2種:

    • 110:PWM 模式 1––在遞增計數(shù)模式下,只要 TIMx_CNTTIMx_CCR1,通道 1 便為無效狀態(tài) (OC1REF=0),否則為有效狀態(tài) (OC1REF=1)。

    • 111:PPWM 模式 2––在遞增計數(shù)模式下,只要 TIMx_CNTTIMx_CCR1,通道 1 便為有效狀態(tài),否則為無效狀態(tài)。

  • 位 3 OC1PE:輸出比較 1 預裝載使能 (Output compare 1 preload enable)

    • 0:禁止與 TIMx_CCR1 相關(guān)的預裝載寄存器??呻S時向 TIMx_CCR1 寫入數(shù)據(jù),寫入后將立即使用新值。

    • 1:使能與 TIMx_CCR1 相關(guān)的預裝載寄存器??勺x/寫訪問預裝載寄存器。TIMx_CCR1 預裝載值在每次生成更新事件時都會裝載到活動寄存器中。

  • 位 2 OC1FE:輸出比較 1 快速使能 (Output compare 1 fast enable)

    此位用于加快觸發(fā)輸入事件對 CC 輸出的影響(僅當通道配置為 PWM1 或 PWM2 模式時,OCFE 才會起作用)。

    • 0:即使觸發(fā)開啟,CC1 也將根據(jù)計數(shù)器和 CCR1 值正常工作。觸發(fā)輸入出現(xiàn)邊沿時,激活CC1 輸出的最短延遲時間為 5 個時鐘周期。

    • 1:觸發(fā)輸入上出現(xiàn)有效邊沿相當于 CC1 輸出上的比較匹配。隨后,無論比較結(jié)果如何,OC 都設置為比較電平。采樣觸發(fā)輸入和激活 CC1 輸出的延遲時間縮短為 3 個時鐘周期。

  • 位 1:0 CC1S[1:0]:捕獲/比較 1 選擇 (Capture/Compare 1 selection)

  • 此位域定義通道方向(輸入/輸出)以及所使用的輸入。

    • 00:CC1 通道配置為輸出。

    • 01:CC1 通道配置為輸入,IC1 映射到 TI1 上。

    • 10:CC1 通道配置為輸入,IC1 映射到 TI2 上。

    • 11:CC1 通道配置為輸入,IC1 映射到 TRC 上。此模式僅在通過 TS 位(TIMx_SMCR 寄存器)選擇內(nèi)部觸發(fā)輸入時有效

      注: 僅當通道關(guān)閉時(TIMx_CCER 中的 CC1E = 0),才可向 CC1S 位寫入數(shù)據(jù)。

3.3 計數(shù)器CNT

計數(shù)器的功能很單一,就是計數(shù):

poYBAGDKIqqASVXzAAAb0AxxF0M738.png

  • 位 15:0 CNT[15:0]:計數(shù)器值 (Counter value)

3.4 預分頻器PSC

預分頻器的功能也很單一,就是分頻:

poYBAGDKIquAa46pAAAYPP6nlaM484.png

  • 位 15:0 PSC[15:0]:預分頻器值 (Prescaler value)

    計數(shù)器時鐘頻率 CK_CNT 等于 fCK_PSC / (PSC[15:0] + 1)。

    PSC 包含在每次發(fā)生更新事件時要裝載到實際預分頻器寄存器的值。

3.5 自動重裝載寄存器ARR

自動重裝載寄存器的功能也很單一,就是保存一個數(shù),在計數(shù)滿的時候,重新開始計數(shù)

pYYBAGDKIquABh3PAAAZKY6QixM406.png

  • 位 15:0 ARR[15:0]:自動重載值 (Auto-reload value)

    ARR 為要裝載到實際自動重載寄存器的值。

    當自動重載值為空時,計數(shù)器不工作。

3.6 捕獲/比較寄存器CCR

自動重裝載寄存器的功能也很單一,也是保存一個數(shù),用于與當前的CNT進行比較,注意 TIM2 和 TIM5是32位計數(shù)。

pYYBAGDKIqyANJiWAAA6O4jStSU137.png

以CCR1寄存器(一共有CCR1~CCR4這4個通道)為例:

  • 位31:16 CCR1[31:16]:捕獲/比較 1 的高 16 位(對于 TIM2 和 TIM5)。

  • 位15:0 CCR1[15:0]:捕獲/比較 1 的低 16 位 (Low Capture/Compare 1 value)

    • 如果通道 CC1 配置為輸出 CCR1 是捕獲/比較寄存器 1 的預裝載值。 如果沒有通過 TIMx_CCMR寄存器中的OC1PE 位來使能預裝載功能,寫入的數(shù)值會被直接傳輸至當前寄存器中。否則只在發(fā)生更新事件時生效(拷貝到實際起作用的捕獲/ 比較寄存器1)。 實際捕獲/比較寄存器中包含要與計數(shù)器 TIMx_CNT進行比較并在 OC1 輸出上發(fā)出信號的值。

    • 如果通道 CC1 配置為輸入 CCR1 為上一個輸入捕獲 1 事件 (IC1) 發(fā)生時的計數(shù)器值。

4 代碼實現(xiàn)與分析

上面介紹了定時器的基礎知識與PWM的輸出原理,下面就來實際看一下,如何編寫對應的代碼(以STM32F407為例)。

4.1 定時器初始化

定時器的初始化,因為需要用到對應的引腳輸出PWM,因此要先初始化GPIO引腳,然后,還要初始化定時器的時基(計數(shù)的時鐘)以及輸出通道(用于配置PWM的輸出模式)。

4.1.1 復用引腳初始化

這里用到的是定時器3,根據(jù)STM32F407的數(shù)據(jù)手冊“3 Pinouts and pin description”中的“Table 9. Alternate function mapping”復用引腳說明表,可以看到定時器3通道1對應的引腳位A6:

poYBAGDKIq2AKo5FAAD7x9uese0939.png

因此程序中對A6引腳可以這樣配置,注意一定要配置引腳的復用功能

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /*引腳配置 結(jié)構(gòu)體*/

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); //使能PORTA時鐘 
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource6,GPIO_AF_TIM3); /*GPIOA6復用為定時器3*/

/*復用引腳配置*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;      //GPIOA6
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;    /*復用功能*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; //速度100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;   //推挽復用輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;    //上拉
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);        //初始化PA6

4.1.2 時基初始化

時基初始化,主要是配置定時器的計數(shù)頻率psc)和自動重裝置值(每次計數(shù)的周期,arr),比如TIM3_PWM_Init(500-1,84-1);

(關(guān)于psc與arr的知識點,可以再回顧一下上面1.3節(jié)的知識)

這里將arr的值設置為500,即計數(shù)器每計夠500個數(shù)就會重新從0開始計數(shù),這個500再乘以計數(shù)器計數(shù)的周期,就是PWM真正的周期,那計數(shù)器計數(shù)的頻率是多少呢(頻率的倒數(shù)為周期)?

這里將psc的值設置為84-1,即TIM3的輸入頻率為84MHz再將頻率降低1/84,即使用1MHz的頻率計數(shù)(1s能計1,000,000個數(shù),也即1us計1個數(shù)),那么PWM的真正周期就是500*1us=500us(0.5ms),通過改變占空比的值(ccr),就可以調(diào)節(jié)PWM的輸出占空比。

poYBAGDKIq6AZfPZAACDx5LWRLA671.png

時基初始化配置如下:

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; /*時基 結(jié)構(gòu)體*/

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);  //TIM3時鐘使能  

/*時基初始化*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr;           /*ARR 自動重裝載值(周期),例如500*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc;         /*PSC 定時器分頻,例如84*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;   /*時鐘分割*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; /*向上計數(shù)模式*/
TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);      /*初始化定時器3*/

最后一句的時基初始化,起始就是對定時的寄存器進行配置,該函數(shù)的內(nèi)部實現(xiàn)如下:

void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct)
{
 uint16_t tmpcr1 = 0;
 tmpcr1 = TIMx->CR1; 

 if((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8)|| /*高級定時器TIM和TIM8*/
   (TIMx == TIM2) || (TIMx == TIM3)||(TIMx == TIM4) || (TIMx == TIM5)) /*通用定時器中的TIM2~TIM5*/
 {
  /* 設置為計數(shù)器模式 */
  tmpcr1 &= (uint16_t)(~(TIM_CR1_DIR | TIM_CR1_CMS));
  tmpcr1 |= (uint32_t)TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_CounterMode;
 }
 
 if((TIMx != TIM6) && (TIMx != TIM7)) /*基本定時器TIM6和TIM7無此功能*/
 {
  /* 設置時鐘分頻 */
  tmpcr1 &= (uint16_t)(~TIM_CR1_CKD);
  tmpcr1 |= (uint32_t)TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_ClockDivision;
 }

 /* 配置CR1寄存器 */
 TIMx->CR1 = tmpcr1;

 /* 配置ARR寄存器,設置自動重轉(zhuǎn)載值 */
 TIMx->ARR = TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_Period ;
 
 /* 配置PSC寄存器,設置預分頻值 */
 TIMx->PSC = TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_Prescaler;
  
 if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8)) /*高級定時器TIM和TIM8*/
 {  /* 配置RCR寄存器,設置重復計數(shù)值 */
   TIMx->RCR = TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_RepetitionCounter;
 }

 /* 生成一個更新事件來立即重新加載預分頻器和重復計數(shù)器(僅針對高級定時器TIM1和TIM8)值 */
 TIMx->EGR = TIM_PSCReloadMode_Immediate;     
}

4.1.3 輸出通道初始化

輸出通道初始化,主要是配置輸出的一些參數(shù),這里主要關(guān)注TIM_OCMode(模式)與TIM_OCPolarity(極性),這兩個參數(shù)是配合使用的:

  • PWM模式1

    • 向上計數(shù)時,一旦TIMx_CNT時通道1為有效電平,否則為無效電平;

    • 向下計數(shù)時,一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1時通道1為無效電平,否則為有效電平。

  • PWM模式2

    • 向上計數(shù)時,一旦TIMx_CNT時通道1為無效電平,否則為有效電平;

    • 向下計數(shù)時,一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1時通道1為有效電平,否則為無效電平。

這里的有效電平又是什么意思呢?怎么算有效電平?它就是通過極性來配置的:

  • 輸出High模式:有效電平為高電平

  • 輸出Low模式:有效電平為低電平

對比著再來看這張圖:

當CNT的計數(shù)值小于CCR時,即t1這個時間段,輸出有效電平(TIM_OCMode_PWM1模式),而有效電平是高電平(極性為TIM_OCPolarity_High),所以PWM的IO邏輯在t1這個時間段輸出了高電平。

poYBAGDKIqmAen9xAADWlMbxy2g581.png

輸出通道的配置如下:

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; /*輸出通道 結(jié)構(gòu)體*/

/*輸出通道初始化,初始化TIM3 Channel1 PWM模式*/ 
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;       /*選擇定時器模式:TIM脈沖寬度調(diào)制模式1*/
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比較輸出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;   /*輸出極性:TIM輸出比較極性高*/
TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);            //根據(jù)指定的參數(shù)初始化外設TIM3 OC1

TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); /*使能TIM3在CCR1上的預裝載寄存器*/
TIM_ARRPreloadConfig(TIM3,ENABLE);/*ARPE使能:使能控制寄存器CR的第8位:ARPR, Auto-reload preload enable*/
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); /*使能TIM3:使能控制寄存器CR的第0位:CEN, counter enable*/
  • 關(guān)于配置CCMR1、CCER寄存器

CCMR1:

pYYBAGDKIqqAaLK0AABGDNkRr5A165.png

CCER: pYYBAGDKIq6AAk4_AAAqgbJouDE968.png

TIM_OC1Init函數(shù)對應于輸入通道的初始化,其實就是操作CCMR1、CCER等寄存器:

void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct)
{
 uint16_t tmpccmrx = 0, tmpccer = 0, tmpcr2 = 0;
 TIMx->CCER &= (uint16_t)~TIM_CCER_CC1E;/* 關(guān)閉通道1: 復位CC1E位 */
 
 tmpccer = TIMx->CCER;/* 獲取 TIMx CCER 寄存器的值 */
 tmpcr2 = TIMx->CR2; /* 獲取 TIMx CR2 寄存器的值 */

 tmpccmrx = TIMx->CCMR1;/* 獲取TIMx CCMR1 寄存器的值 */
 tmpccmrx &= (uint16_t)~TIM_CCMR1_OC1M;  /* 復位輸出比較模式OC1M位 */
 tmpccmrx &= (uint16_t)~TIM_CCMR1_CC1S;
 tmpccmrx |= TIM_OCInitStruct->TIM_OCMode;/* 設置為輸出比較模式 */
 
 tmpccer &= (uint16_t)~TIM_CCER_CC1P;     /* 復位輸出極性CC1P */
 tmpccer |= TIM_OCInitStruct->TIM_OCPolarity; /* 設置輸出極性 */
 tmpccer |= TIM_OCInitStruct->TIM_OutputState; /* 設置輸出狀態(tài) */
  
 if((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8)) /*高級定時器的特殊配置*/
 {
  //省略。。。
 }
 
 TIMx->CR2 = tmpcr2;   /* 寫數(shù)據(jù)到TIMx的CR2寄存器 */
 TIMx->CCMR1 = tmpccmrx; /* 寫數(shù)據(jù)到TIMx的CCMR1寄存器 */
 TIMx->CCR1 = TIM_OCInitStruct->TIM_Pulse;/* 設置CCR1寄存器 */
 TIMx->CCER = tmpccer; /* 寫數(shù)據(jù)到TIMx的CCER寄存器 */
}

4.2 動態(tài)改變占空比

占空比是通過修改CCR寄存器的值進行修改的,如果定時器初始化時只設置了1次CCR的值,那么會輸出恒定占空比的PWM波;如果在定時器運行的時候,動態(tài)修改CCR的值,則可以實現(xiàn)PWM占空比的動態(tài)調(diào)整。

如下程序,實現(xiàn)了每隔10ms對占空比進行一次修改,每次將高電平計數(shù)值增加5,當增大道500(占空比100%)時,再逐漸減小到0(占空比0%),不斷循環(huán)。

u16 led0pwmval=0;  
u8 dir=1;
TIM3_PWM_Init(500-1,84-1); //84M/84=1Mhz的計數(shù)頻率,重裝載值500,所以PWM頻率為 1M/500=2Khz. 
while(1) //實現(xiàn)比較值從0-500遞增,到500后從500-0遞減,循環(huán)
{
  delay_ms(10);

  if(dir)
  {
    led0pwmval+=5; //dir==1 led0pwmval遞增
  }
  else 
  {
    led0pwmval-=5; //dir==0 led0pwmval遞減 
  }
  if(led0pwmval>500)
  {
    dir=0;     //led0pwmval到達500后,方向為遞減
  }
  if(led0pwmval==0)
  {
    dir=1;    //led0pwmval遞減到0后,方向改為遞增
  }

  TIM_SetCompare1(TIM3,led0pwmval); /*CCR 修改比較值(占空比)*/
}

5 測試效果

將程序下載到板子,我用的一塊STM32F407的板,A6引腳上接了一個LED燈,實際效果的LED逐漸變涼,在逐漸變暗,依次循環(huán)。

再通過邏輯分析儀來查看實際的輸出波形,如下圖,測得的pwm周期0.5ms(頻率2kHz),與軟件中設定的一致。

在某一時刻,脈寬55us。


pYYBAGDKIq-ASDYcAACEfEpPrUY599.png

在另一時刻,脈寬0.365ms,即實現(xiàn)了PWM脈寬的動態(tài)調(diào)整。


poYBAGDKIrCAYsb1AABa3255Zi0464.png

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