STM32F0使用LL库实现PWM输出

在本次项目中，限于空间要求我们选用了STM32F030F4作为控制芯片。这款MCU不但封装紧凑，而且自带的Flash空间也非常有限，所以我们选择了LL库实现。本文我们将说明如何通过LL库实现PWM信号的输出。

1、概述

我们知道STM32的TIM计时器可以输出PWM信号，这测我们也采用STM32F030F4中的TIM3通用计时器来实现我们想要的功能。TIM3通用计时器由一个16位的自动重新加载计数器组成，由一个可编程的预定标器驱动。其结构如下图所示：

它可以用于各种目的，包括测量输入信号的脉冲长度(输入捕获)或生成输出波形(输出比较和PWM)。使用定时器预标量和RCC时钟控制器预标量，输出的PWM脉冲长度和波形周期可以调整从几微秒到几毫秒。我们这里实现一个占空比0%到100%可调，频率为200Hz的PWM波形。

2、TIM配置

我们在使用TIM3输出PWM波，我们必须对其进行相应的配置。关于TIM3的配置我们需要关注：TIM3控制寄存器1 (TIM3_CR1)、TIM3预置寄存器(TIM3_PSC)、TIM3自动重载寄存器(TIM3_ARR)以及对应通道的捕获比较寄存器。

首先来看一看TIM3控制寄存器1 (TIM3_CR1)，这个寄存器用于配置TIM计时器。其结构如下：

对于TIM3控制寄存器1 (TIM3_CR1)我们主要需要说一下计数器使能（CEN）位。而其它的位通过初始化函数设置就可以了。

TIM3预置寄存器(TIM3_PSC)用以配置TIM计数器的工作频率，这个工作频率的计算是：psc的工作频率/（psc的值+1）。其结构如下：

TIM3自动重载寄存器(TIM3_ARR)用以配置输出PWM波的频率或者说周期。因为这个值就是计数器的计数周期。其结构如下：

我们设置了技术器的时钟频率，计数的周期，要想得到PWM波，我们还需要告诉TIM一个占空比。关于占空比实际上是在捕获比较寄存器中设置的。

3、PWM实现

我们已经如何通过配置TIM得到PWM波形输出，我们接下来就是通过软件来实现我们的想法。其配置代码如下：

/* TIM3 初始化配置 */
static void TIM3_Init_Configuration(void)
{
  LL_TIM_InitTypeDef TIM_InitStruct = {0};
  LL_TIM_OC_InitTypeDef TIM_OC_InitStruct = {0};

  LL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  /* TIM3时钟使能 */
  LL_APB1_GRP1_EnableClock(LL_APB1_GRP1_PERIPH_TIM3);

  /* TIM3初始化配置 */
  TIM_InitStruct.Prescaler = 47;
  TIM_InitStruct.CounterMode = LL_TIM_COUNTERMODE_UP;
  TIM_InitStruct.Autoreload = TIMPERIOD;
  TIM_InitStruct.ClockDivision = LL_TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  LL_TIM_Init(TIM3, &TIM_InitStruct);
  LL_TIM_DisableARRPreload(TIM3);
  LL_TIM_OC_EnablePreload(TIM3, LL_TIM_CHANNEL_CH4);
  TIM_OC_InitStruct.OCMode = LL_TIM_OCMODE_PWM1;
  TIM_OC_InitStruct.OCState = LL_TIM_OCSTATE_DISABLE;
  TIM_OC_InitStruct.OCNState = LL_TIM_OCSTATE_DISABLE;
  TIM_OC_InitStruct.CompareValue = 0;
  TIM_OC_InitStruct.OCPolarity = LL_TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  LL_TIM_OC_Init(TIM3, LL_TIM_CHANNEL_CH4, &TIM_OC_InitStruct);
  LL_TIM_OC_DisableFast(TIM3, LL_TIM_CHANNEL_CH4);
  LL_TIM_SetTriggerOutput(TIM3, LL_TIM_TRGO_RESET);
  LL_TIM_DisableMasterSlaveMode(TIM3);

  /* TIM使用GPIO时钟使能 */
  LL_AHB1_GRP1_EnableClock(LL_AHB1_GRP1_PERIPH_GPIOB);
  
  /* TIM3 GPIO配置：PB1   ------> TIM3_CH4 */
  GPIO_InitStruct.Pin = LL_GPIO_PIN_1;
  GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_ALTERNATE;
  GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  GPIO_InitStruct.OutputType = LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;
  GPIO_InitStruct.Pull = LL_GPIO_PULL_NO;
  GPIO_InitStruct.Alternate = LL_GPIO_AF_1;
  LL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

  LL_TIM_CC_EnableChannel(TIM3,LL_TIM_CHANNEL_CH4);
  LL_TIM_EnableCounter(TIM3);
}

在这段配置代码中，有几个值需要说一下。Prescaler 值我们设为47，所以在48MHz的系统时钟下，TIM计数器的工作频率就是1MHz。Autoreload 的值我们设为了5000，所以可以得到PWM的频率为200Hz。CompareValue值设为了0，所以我们只能得到占空比为0%的PWM。若我们想要得到占空比为50%的PWM，则CompareValue值应设为2500才行。配置完成后各寄存器的值如下图所示：

这要得到的只是固定占空比的PWM波，若想动态修改占空比则需要修改捕获比较寄存器的值。使用函数LL_TIM_OC_SetCompareCH4(TIM3,pulse)就可以了，其中pulse是处于0到Autoreload 的值的整数。

4、总结

我们通过上述操作，就实现了基于LL库的PWM波的输出。我们将代码下载到目标板，并修改占空比和监视器波形输出。

上图是占空比为50%的波形图。

上图是占空比为20%的波形图。

上图是占空比为80%的波形图。

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