STM32F407的PWM

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32的PWM资源

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。

• 高级定时器 TIM1 和 TIM8 可以同时产生多达 7 路的 PWM 输出。
• 通用定时器也能同时产生多达 4路的 PWM 输出
• STM32F407 最多可以同时产生 30 路 PWM 输出！

这里我们仅利用 TIM14的 CH1 产生一路 PWM 输出。

PWM输出原理

假定定时器工作在向上计数 PWM模式

• 当 CNT
• 当 CNT>=CCRx 时输出 1
• 当 CNT 达到 ARR 值的时候，重新归零，然后重新向上计数，依次循环。

改变 CCRx 的值，就可以改变 PWM 输出的占空比，改变 ARR 的值，就可以改变 PWM 输出的频率。

除了上一章介绍的寄存器外，我们还
会用到 3 个寄存器，来控制 PWM 的。

• 捕获/比较模式寄存器（TIMx_CCMR1/2）
• 捕获/比较使能寄存器（TIMx_CCER）。用来使能PWM输出。
• 捕获/比较寄存器（TIMx_CCR1~4）。用来控制CCRx。
  先由PWM模式确定大于计数是有效电平还是小于计数是有效电平，然后再看有效电平是高有效还是低有效。
  

捕获/比较模式寄存器（TIMx_CCMR1/2）

Capture compare mode register
该寄存器总共有 2 个，TIMx _CCMR1和 TIMx _CCMR2。

• TIMx_CCMR1 控制 CH1 和 2
• TIMx_CCMR2 控制 CH3 和 4。
  

该寄存器的有些位在不同模式下，功能不一样
上图把寄存器分了 2层

• 上面一层对应输出
• 下面的则对应输入

模式设置位 OCxM，此部分由 3 位组成。
总共可以配置成 7 种模式

• PWM 模式，所以这 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。
  

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。

捕获/比较使能寄存器（TIMx_CCER）

Capture compare enable register
该寄存器控制着各个输入输出通道的开关。

CCER:CC1P位：输入/捕获1输出极性。0：高电平有效，1：低电平有效。
CCER:CC1E位：输入/捕获1输出使能。0：关闭，1：打开

• 要想PWM 从 IO 口输出，这个位必须设置为 1。

捕获/比较寄存器（TIMx_CCR1~4）

Capture compare register
该寄存器总共有 4 个，对应 4 个输通道 CH1~4。

在输出模式下，该寄存器的值与 CNT 的值比较。

• 如果使用的是 TIM3的通道 2，需要修改 TIM3_CCR2 以实现脉宽控制 DS0 的亮度。

库函数版本的F407的PWM波输出

开启 TIM14 时钟以及复用功能

要使用 TIM14，我们必须先开启 TIM14 的时钟

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM14,ENABLE);  //使能定时器 3 时钟

还要配置 PF9 为复用（AF9）输出，才可以实现 TIM14_CH1 的 PWM 经过 PF9
输出。

GPIO_PinAFConfig(GPIOF,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_TIM14); //GPIOF9 复用为定时器 14

为什么是PF9？
对于定时器通道的引脚关系，大家可以查看 STM32F4 对应的数据手册，搜索PF9。

记得在引脚配置的时候选择复用

 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //复用功能

初始化 TIM14, 设置 TIM14 的 ARR 和 PSC

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。
在库函数是通过 TIM_TimeBaseInit 函数实现的
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(TIM14, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化 TIMx 的

设置 TIM14_CH1 的PWM 模式能 ，使能输出

接下来，我们要设置 TIM14_CH1 为 PWM 模式（默认是冻结的）
DS0 是低电平亮，当 CCR1 的值小的时候，DS0 就暗，CCR1值大的时候，DS0 就亮

• 我们要通过配置 TIM14_CCMR1 的相关位来控制 TIM14_CH1 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，

void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct)；

这种初始化格式大家学到这里应该也熟悉了，所以我们直接来看看结构体 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;

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_PWM1; //选择 PWM 模式 1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //输出极性低
TIM_OCInit(TIM14, &TIM_OCInitStructure); //初始化 TIM

使能 TIM3

在完成以上设置了之后，我们需要使能 TIM3。使能 TIM3 的方法前面已经讲解过：
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能 TIM3

修改 TIM3_CCR2 来控制占空比

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
通过修改 TIM3_CCR2 则可以控制 CH2 的输出占空比。
在库函数中，修改 TIM3_CCR2 占空比的函数是：
void TIM_SetCompare2(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare2)；
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)。

F407通用Timer的PWM工作过程

F407的PWM资源

开发指南14.1，P214

PWM输出原理

假定定时器工作在向上计数 PWM模式
如上的 PWM示意图：

• 当 CNT 值小于 CCRx 的时候，IO 输出低电平(0)
• 当 CNT 值大于等于 CCRx 的时候，IO 输出高电平(1)
• 当 CNT 达到 ARR 值的时候，重新归零，然后重新向上计数，依次循环。

改变 CCRx 的值，就可以改变 PWM 输出的占空比(高电平占一个周期的比例)，改变 ARR 的值，就可以改变 PWM 输出的频率，这就是 PWM 输出的原理。

• CCR1:捕获比较(值)寄存器（x=1,2,3,4):设置比较值。
• CCMR1: OC1M[2:0]位：对于PWM方式下，用于设置PWM模式1【110】或者PWM模式2【111】
• CCER:CC1P位：输入/捕获1输出极性。0：高电平有效，1：低电平有效。
• CCER:CC1E位：输入/捕获1输出使能。0：关闭，1：打开。
  

F103定时器端口重映射

要利用 TIM3 的 CH2 输出 PWM 来控制 DS0 的亮度，但是 TIM3_CH2 默认是接在 PA7上面的，而我们的 DS0 接在 PB5 上面。

如果普通 MCU，可能就只能用飞线把 PA7 飞到 PB5上来实现了，不过，我们用的是 STM32，它比较高级，可以通过重映射功能，把 TIM3_CH2 映射到 PB5 上。

STM32 的重映射控制是由复用重映射和调试 IO 配置寄存器（AFIO_MAPR）控制的

TIM3 的重映射，从上图可以看出，TIM3_REMAP 是由[11:10]这 2 个位控制的。TIM3_REMAP[1:0]重映射控制表：

默认条件下，TIM3_REMAP[1:0]为 00，是没有重映射的，所以 TIM3_CH1~TIM3_CH4 分别是接在 PA6、PA7、PB0 和 PB1 上的
想让 TIM3_CH2 映射到 PB5 上，则需要设置TIM3_REMAP[1:0]=10，即部分重映射，这里需要注意，此时 TIM3_CH1 也被映射到 PB4 上了。

F407库函数版本的PWM波输出

开启TIM14和GPIO钟配时钟，配置PF9选择复用功能AF9（TIM14）输出

库函数使能TIM14时钟的方法是：

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM14,ENABLE);  	//TIM14时钟使能    
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE); 	//使能PORTF时钟	

要配置PF9引脚映射至AF9，复用为定时器14，调用的函数为：

GPIO_PinAFConfig(GPIOF,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_TIM14); //GPIOF9复用为定时器14 

设置PF9为复用功能输出这里我们只列出GPIO初始化为复用功能的代码：

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;           //GPIOF9
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;        //复用功能
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;	//速度100MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;      //推挽复用输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;        //上拉
	GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStructure);              //初始化PF9

LED代码

#ifndef __LED_H
#define __LED_H
#include "sys.h"
//LED 端口定义
#define LED0 PFout(9) // DS0
#define LED1 PFout(10)// DS1
void LED_Init(void);//初始化
#endif

初始化TIM14,设置TIM14的ARR和PSC

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。
在库函数是通过 TIM_TimeBaseInit 函数实现的
调用的格式为：

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc;  //定时器分频
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr;   //自动重装载值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; 
	
	TIM_TimeBaseInit(TIM14,&TIM_TimeBaseStructure);//初始化定时器14

设置TIM14_CH1的PWM模式，使能TIM14的CH1出输

接下来，我们要设置 TIM3_CH2 为 PWM 模式（默认是冻结的）

• 通过配置 TIMx_CCMR1 的相关位来控制定时器通道的模式。

• 在库函数中，PWM 通道设置是通过函数 TIM_OC1Init()~TIM_OC4Init()来设置的

这里使用的函数是TIM_OC1Init()。

void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct)；

看看结构体 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;

TIM_OCMode

设置模式是 PWM 还是输出比较，这里我们是 PWM 模式。

TIM_OutputState

用来设置比较输出使能，也就是使能 PWM 输出到端口。

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。

代码及输出引脚

TIM_OCInitTypeDef   TIM_OCInitStructure;  
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择模式PWM 
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能 
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //输出极性低 
TIM_OC1Init(TIM14, &TIM_OCInitStructure);   //根据T指定的参数初始化外设TIM1 4OC1

这里需要纠正，通用定时器9-14，有的有2个通道，有的只有一个。

使能输出捕获预装载寄存器

TIM_OC1PreloadConfig(TIM14, TIM_OCPreload_Enable); 

使能自动重装载的预装载寄存器允许位

TIM_ARRPreloadConfig(TIM14,ENABLE);

使能 TIM14

在完成以上设置了之后，我们需要使能 TIM14。

TIM_Cmd(TIM14, ENABLE); //使能 TIM3

修改 TIM14_CCR1来控制占空比

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。

修改TIM14_CCR1占空比的函数是：

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare2)；

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)。

高级定时器

高级定时器虽然和通用定时器类似，但是高级定时器要想输出PWM，必须还要设置一个MOE位(TIMx_BDTR的第15位)，以使能主输出，否则不会输出PWM。

 void TIM_CtrlPWMOutputs(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState) 

主函数代码int main(void)

{ 
	u16 led0pwmval=0;    
	u8 dir=1;
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
	delay_init(168);  //初始化延时函数
	uart_init(115200);//初始化串口波特率为115200
 	TIM14_PWM_Init(500-1,84-1);	//84M/84=1Mhz的计数频率,重装载值500，所以PWM频率为 1M/500=2Khz.     
   while(1) //实现比较值从0-300递增，到300后从300-0递减，循环
	{
 		delay_ms(10);	 
		if(dir)led0pwmval++;//dir==1 led0pwmval递增
		else led0pwmval--;	//dir==0 led0pwmval递减 
 		if(led0pwmval>300)dir=0;//led0pwmval到达300后，方向为递减
		if(led0pwmval==0)dir=1;	//led0pwmval递减到0后，方向改为递增
 
		TIM_SetCompare1(TIM14,led0pwmval);	//修改比较值，修改占空比
	}
}

实现的效果是从亮到暗，从暗到亮。

最终代码

在 timer.c 里面加入如下代码：

//TIM3 PWM 部分初始化
//PWM 输出初始化
//arr：自动重装值
//psc：时钟预分频数
void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{
//此部分需手动修改 IO 口设置
RCC->APB1ENR|=1<<1; //TIM3 时钟使能
RCC->APB2ENR|=1<<3; //使能 PORTB 时钟
GPIOB->CRL&=0XFF0FFFFF; //PB5 输出
GPIOB->CRL|=0X00B00000; //复用功能输出
RCC->APB2ENR|=1<<0; //开启辅助时钟
AFIO->MAPR&=0XFFFFF3FF; //清除 MAPR 的[11:10]
AFIO->MAPR|=1<<11; //部分重映像,TIM3_CH2->PB5
TIM3->ARR=arr; //设定计数器自动重装值
TIM3->PSC=psc; //预分频器不分频
TIM3->CCMR1|=7<<12; //CH2 PWM2 模式
TIM3->CCMR1|=1<<11; //CH2 预装载使能
TIM3->CCER|=1<<4; //OC2 输出使能
TIM3->CR1=0x0080; //ARPE 使能
TIM3->CR1|=0x01; //使能定时器 3
}

此部分代码包含了上面介绍的 PWM 输出设置的前 5 个步骤