速通蓝桥杯嵌入式省一教程：（六）PWM输出

定时器除了用于最基本的定时器计时中断以外，还可以用于输出PWM(Pulse Width Modulation)波，即脉冲宽度调制波形，也就是频率与占空比均可改变的矩形波。下面我们就使用PA1端口生成PWM波。

在Cube中，首先需要将PA1设置成定时器的通道，在这里我们选择TIM2的CH2(CHANNEL2)（注：CH后带N的意思是输出与不带N的波形反相）：

接着，我们要到定时器中进行设置：

将定时器的时钟频率设置为80MHz后，这样设置得到的定时器频率（计算公式见第三节）为80,000,000/(100*200)=4kHz，而所得PWM波的频率与定时器频率一致，为4kHz。因此，我们可以通过改变时钟频率、Prescaler（分频系数）、Counter Period（计数周期，也叫AutoReload重装载值）来改变PWM波的频率。而PWM波的占空比为Pulse（也叫Compare比较值）/(Counter Period+1)（AutoReload重装载值），故通过改变比较值或重装载值就可以改变PWM波的占空比。为方便计算，我们通常将重装载值设置为100-1（或200-1），这样比较值（或Pulse）的值（或除以2）即为PWM波的占空比。

完成在Cube中的设置之后，在程序的初始化部分只需要开启PWM波的输出：

HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_2);    //开启TIM2的CH2输出PWM

这样就可以在PA1通道输出频率为4kHz、占空比为10%的PWM波啦！

HAL_TIM_PWM_Start函数的声明如下：

/**
  * @brief  Starts the PWM signal generation.
  * @param  htim TIM handle
  * @param  Channel TIM Channels to be enabled
  *          This parameter can be one of the following values:
  *            @arg TIM_CHANNEL_1: TIM Channel 1 selected
  *            @arg TIM_CHANNEL_2: TIM Channel 2 selected
  *            @arg TIM_CHANNEL_3: TIM Channel 3 selected
  *            @arg TIM_CHANNEL_4: TIM Channel 4 selected
  *            @arg TIM_CHANNEL_5: TIM Channel 5 selected
  *            @arg TIM_CHANNEL_6: TIM Channel 6 selected
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);

若想要在后续改变输出PWM波的频率与占空比，需要用到这两个宏定义：

pa1_autoreload = 100-1;

__HAL_TIM_SetAutoreload(&htim2, pa1_autoreload);
//修改重装载值为100-1，此时频率为80,000,000/(100*100)=8kHz

__HAL_TIM_SetCompare(&htim2, (pa1_autoreload+1)*0.1);
//因为重装载值改变，若要保持占空比不变，需要同步修改比较值，此时占空比仍为10%

这样就能得到频率为8kHz，占空比为10%的PWM波了。

下面我们以第十四届省赛题为例，总结本节所讲内容：

把要求简化为固定占空比为50%，根据第五节：交互系统的内容，当在数据界面按下B2时，进行高低频模式的切换。考虑到题目要求在5s内均匀升高或降低频率，而我们是通过改变重装载值的方式来改变频率的，因此频率与我们需要改变的量成反比关系，要求频率均匀变化，重装载值必然不能均匀变化。为尽可能增加精度，预分频系数应该设置得尽量小，使得在频率相同时，重装载值能够尽量大，这样在改变频率时能够改变的重装载值就能分得越精细。因此我们将预分频系数设为1，通过计算可得当频率为4kHz时，重装载值为20000；当频率为8kHz时，重装载值为10000。

为满足题目要求在5s内切换到目标频率，步进值小于200Hz的要求，我们选择每100ms改变100Hz：

int pa1_frq = 4000;
double pa1_duty = 0.5;
int pa1_autoreload = 20000;

void change_frq(void)
{
    if (pa1_frq == 4000)
    {
        while (pa1_frq < 8000)
        {
            pa1_frq += 100;
            pa1_autoreload = 80000000/pa1_frq;                          //公式计算重装载值
            __HAL_TIM_SetAutoreload(&htim2, pa1_autoreload);            //改变频率
            __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, int(pa1_autoreload*pa1_duty)); //保持占空比不变
            LED_Toggle(LD2);
            HAL_Delay(100);                                             //每100ms改变一次
        }
    }

    else if (pa1_frq == 8000)
    {
        while (pa1_frq > 4000)
        {
            pa1_frq -= 100;
            pa1_autoreload = 80000000/pa1_frq;                          //公式计算重装载值
            __HAL_TIM_SetAutoreload(&htim2, pa1_autoreload);            //改变频率
            __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, int(pa1_autoreload*pa1_duty)); //保持占空比不变
            LED_Toggle(LD2);
            HAL_Delay(100);                                             //每100ms改变一次
        }
    }
}

将函数change_frq封装到task库中，并在上一节内容中已经写好的key_pro函数中调用此函数，即可完成按键改变高低频模式的要求。