STM32F407的PWM

文章目录

  • 32的PWM资源
  • PWM输出原理
    • 捕获/比较模式寄存器(TIMx_CCMR1/2)
    • 捕获/比较使能寄存器(TIMx_CCER)
    • 捕获/比较寄存器(TIMx_CCR1~4)
  • 库函数版本的F407的PWM波输出
    • 开启 TIM14 时钟以及复用功能
    • 初始化 TIM14, 设置 TIM14 的 ARR 和 PSC
    • 设置 TIM14_CH1 的PWM 模式能 ,使能输出
    • 使能 TIM3
    • 修改 TIM3_CCR2 来控制占空比
  • F407通用Timer的PWM工作过程
    • F407的PWM资源
    • PWM输出原理
    • F103定时器端口重映射
    • 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
      • 初始化TIM14,设置TIM14的ARR和PSC
      • 设置TIM14_CH1的PWM模式,使能TIM14的CH1出输
        • TIM_OCMode
        • TIM_OutputState
        • TIM_OCPolarity
      • 代码及输出引脚
      • 使能输出捕获预装载寄存器
      • 使能自动重装载的预装载寄存器允许位
      • 使能 TIM14
      • 修改 TIM14_CCR1来控制占空比
      • 高级定时器
      • 主函数代码int main(void)
    • 最终代码

泉水

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!

STM32F407的PWM_第1张图片

这里我们仅利用 TIM14的 CH1 产生一路 PWM 输出。
STM32F407的PWM_第2张图片

PWM输出原理

在这里插入图片描述

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。
    STM32F407的PWM_第3张图片先由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。
    STM32F407的PWM_第4张图片

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。
    在这里插入图片描述

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。
    STM32F407的PWM_第5张图片

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。
在这里插入图片描述
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。 在这里插入图片描述

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。
在这里插入图片描述
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

在这里插入图片描述

F407的PWM资源

开发指南14.1,P214
在这里插入图片描述

PWM输出原理

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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。
    在这里插入图片描述

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
在这里插入图片描述

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:
在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述这里需要纠正,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

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