Stm32学习笔记（1）-利用TIM1产生SPWM波
Stm32学习笔记（1）-利用TIM1产生SPWM波
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**SPWM波的形成原理：**利用正弦波的各点幅值成正弦变换的思想，我们可以类似的采取在一系列方波中，让占空比中高度不变，占空比大小呈正弦变换的这样的一种做法，这样占空比大小呈正弦变换的波我们称之为SPWM波。网上有生成正弦波采样点数组的软件，可以选择采样点数和精度。本次实验中就需要用这个软件来产生我们需要的正弦表。（后面会解释）
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SPWM.c程序代码如下（这段代码是参考网上某大神的，并不是自己写的。我只是拿过来给大家解释下怎么用~）
#define __SPWM
#include "stm32f10x.h"
#include "SPWM.h"
const u32 spwm[100] = {
0x4000,0x4405,0x4805,0x4BFE,0x4FEA,0x53C7,0x578F,0x5B40,0x5ED5,0x624A,
0x659E,0x68CB,0x6BCF,0x6EA7,0x714F,0x73C6,0x7609,0x7815,0x79E8,0x7B81,
0x7CDD,0x7DFC,0x7EDD,0x7F7E,0x7FDF,0x7FFF,0x7FDF,0x7F7E,0x7EDD,0x7DFC,
0x7CDD,0x7B81,0x79E8,0x7815,0x7609,0x73C6,0x714F,0x6EA7,0x6BCF,0x68CB,
0x659E,0x624A,0x5ED5,0x5B40,0x578F,0x53C7,0x4FEA,0x4BFE,0x4805,0x4405,
0x4000,0x3BFB,0x37FB,0x3402,0x3016,0x2C39,0x2871,0x24C0,0x212B,0x1DB6,
0x1A62,0x1735,0x1431,0x1159,0x0EB1,0x0C3A,0x09F7,0x07EB,0x0618,0x047F,
0x0323,0x0204,0x0123,0x0082,0x0021,0x0001,0x0021,0x0082,0x0123,0x0204,
0x0323,0x047F,0x0618,0x07EB,0x09F7,0x0C3A,0x0EB1,0x1159,0x1431,0x1735,
0x1A62,0x1DB6,0x212B,0x24C0,0x2871,0x2C39,0x3016,0x3402,0x37FB,0x3BFB,
};//这里采样点为1个全波100采样点，精度为15，则数值大小为0-32767(2^15)
static u16 i = 0; //表示正弦波取样点
u16 TimerPeriod = 0; //自动重装载值
u16 Channel1Pulse = 0;
u16 Channel2Pulse = 0;
/*****************************************************************
* 功能： 定时器1产生2路互补的PWM波(频率 = pfreq / (psc+1))
* 说明: channel1, channel2 --> PA.8, PA.9
* channel1N, channel2N --> PB.13, PB.14 (互补通道)
* TimerPeriod --> 自动重装载周期值
* ChannelxPulse --> 占空周期值
*****************************************************************/
void TIM1_PWM_Init(u16 pfreq ,u16 psc) //pfreq为不分频时的PWM频率，psc为预分频值
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; //输出通道配置
TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure; //死区和刹车配置
TimerPeriod = (SystemCoreClock / pfreq) - 1; //自动重装载周期值
/* ChannelxPulse = DutyCycle * (TIM1_Period - 1) / 100 */
Channel1Pulse = (u16)((u32)(50 * (TimerPeriod - 1)) / 100 ); //占空比50%
Channel2Pulse = (u16)((u32)(50 * (TimerPeriod - 1)) / 100 ); //占空比50%
/* 使能TIM1，GPIOA，GPIOB*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
/*channel1 ,channel2 --> PA.9, PA.10*
*channel1N,channel2N --> PB.14, PB.15*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
/* 初始化TIM1 */
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = TimerPeriod; //设置重装载周期值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc; //设置预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //时钟分频因子，仅与输入捕获有关（定时器与滤波器的频率比）
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; //重复溢出中断
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //初始化定时器基本配置
/* Channel_1 TIM_OCMode_PWM1模式 */
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //在向上计数时，一旦TIMx_CNTTIMx_CCR1时通道1为有效电平
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable; //PWM互补输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Channel2Pulse; //占空比 = TIM_Pulse/TIM_Period;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //有效电平为高电平
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High; //互补通道电平与普通通道电平相反
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set; //输出空闲状态
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset; //PWM互补输出空闲状态
TIM_OC3Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //根据指定的参数初始化外设TIM1 OC2
TIM_OC2PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM3在CCR1上的预装载寄存器
TIM_OC3PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM3在CCR2上的预装载寄存器
/*死区和刹车功能配置*/
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_1;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = 0x2F; //设置TIM1_BDTR的DTG[7:0]
TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Disable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_High;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Enable;
TIM_BDTRConfig(TIM1, &TIM_BDTRInitStructure);
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE); //使能TIM1
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE); //PWM输出使能(输出PWM的这句一定要加)
}
/**************************************************
* 名称：利用定时器2产生中断改变SPWM波的占空比
***************************************************/
void TIM2_Int_Init(u16 ifreq,u16 psc) //ifreq为不分频时的更新中断频率，psc为预分频值
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); //时钟使能
TimerPeriod = (SystemCoreClock / ifreq) - 1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = TimerPeriod; //设置自动重装载寄存器周期值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc; //设置预分频值 10Khz的计数频率
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分频系数
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM2中断,允许更新中断（计数器溢出或软件初始化时）
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; //TIM2中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3; //主优先级3级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 4; //从优先级4级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); //使能TIM2
}
//定时器2中断服务程序
void TIM2_IRQHandler(void)
{
extern float Period_percent;
if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) //检查TIM2更新中断发生与否
{
TIM_SetCompare2(TIM1,(u16)(Period_percent*spwm[i])) ; //修改TIM1通道1的PWM占空比，后者为捕获/比较寄存器1的值
TIM_SetCompare3(TIM1,(u16)(Period_percent*spwm[i++])); //修改TIM1通道2的PWM占空比，后者为捕获/比较寄存器2的值
if(i == 101) //一周期采样100个点
{
i = 0;
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update); //清除TIM2更新中断标志
}
}
以上代码需要解释的几点有：
(1)TimerPeriod的计算
我们知道，pfreq是未分频的PWM频率，则有pfreq = SystemCoreClock / (TimerPeriod + 1);
则TimerPeriod = (SystemCoreClock / pfreq) - 1
(2)Channel1Pulse的计算（疑惑）
关于这部分我总觉得下面这段公式只适用于50%占空比的。我个人计算占空比后发现不是这个公式。希望各位大神能帮忙解释下这个公式是怎么推的。
Channel1Pulse = (u16)((u32)(50 * (TimerPeriod - 1)) / 100 )
（3）TIM_SetCompare2(TIM1,(u16)(Period_percent*spwm[i]))里面后面参数的含义
这部分实际上我们的Period_percent在主函数main里面被赋值了，如下
Period_percent = ((SystemCoreClock / freq) - 1) / 32767.0
其实也就等价于
Period_percent = TimerPeriod / 32767.0
而我们的spwm[i]数组里面，表示的是正弦波各个采样点的大小，大小的幅度在0-32767之间。因此将spwm[i]的值乘以Period_percent其实就表示了我们给TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse赋多少的值。
可以用下面这个公式理解：
TIM_Pulse / TimerPeriod = spwm[i] / 32767
【注意】在这里我们由于用软件产生的正弦波的精度是选择了15位，因此大小是32767，若是采取其他精度位，则要把32767改为相应的值。
3. main函数如下
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "SPWM.h"
vu16 freq = 8000, Period = 0; //PWM与定时器中断频率；自动重装载值
__IO float Period_percent; //PWM占空比变化因子，用于修改脉宽
int main(void)
{
NVIC_Configuration();
delay_init();
Period_percent = ((SystemCoreClock / freq) - 1) / 32767.0;
TIM1_PWM_Init(8000,0); //输出PWM的频率为8KHz(一周期100个点，正弦波的频率为8000/100=80Hz)
TIM2_Int_Init(8000,0); //定时器中断的频率为8KHz
}
以上代码需要说明的有：
(1)__IO的作用
其实，在core_cm3.h中，__IO被重定义位volatile.
#define __IO volatile
那么问题又来了，volatile又是干嘛用的呢？
其实，volatile 的作用就是指示编译器不要因优化而省略此指令，必须每次都直接读写其值。
比如，下面这段代码
写一段测试代码如下
u8 test;
test = 1;
test = 2;
test = 3;
设置优化级别中级
运行后test会被直接取值为3 只有最后一个语句被编译
如果用volatile
volatile u8 test;
test = 1;
test = 2;
test = 3;
则所有语句都会被编译。test先后被设置成1、2、3
在本实验中，将float Period_percent定义成__IO，就是为了在每一次改变值的过程，编译器都会依次将其运行。
（2） 关于两个定时器初始化
TIM1_PWM_Init(8000,0);
TIM2_Int_Init(8000,0);
我们希望每次产生PWM波就对应着我们正弦波上的一个采样点，因此，要把PWM的频率和定时器产生中断的频率设置成一致。在本实验设置成了8KHz。
（3）正弦波的频率设置
关于正弦波的频率，比如对于8KHz的PWM频率（中断频率），我要一个80Hz的正弦波输出。那么可以得知正弦波一个周期的采样点为8000 / 80 = 100。因此，正弦波频率的设置可以通过调节PWM频率，也可以调节采样点数。当然，采样点数越多波形会越好，不过也不能无限多。
4. 实验现象
如下图，示波器的CH1是TIM1_CH2，CH2是TIM_CH2N，实现了互补通道的SPWM的输出
【注】本实验中是采用了4个通道来输出spwm波的，包括两个互补的通道。但是示波器仅仅显示了其中一对互补通道的SPWM波。
【2020年6月22更新】
- 太久没上博客了发现原来这么多人评论，没能一一回复深感抱歉，为了方便，我把stm32相关的模块源代码都已经开源到了github上，各位有需要的可以上https://github.com/rfhklwt/stm32自取，如果觉得我的文件对你有用，可以考虑在github右上方的star点一下，谢谢各位啦。
- 另外，欢迎各位转载，但请务必要标注版权！
- 另外我已经3年没碰stm32了，因此基本知识上都忘得差不多了，对于评论区的一些问题没能回复，请见谅哈