【STM32基础 CubeMX】PWM输出

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前言

STM32微控制器是一系列功能强大的微控制器，广泛应用于嵌入式系统和电子设备中。其中一个常见的应用是生成PWM信号，用于控制各种设备，如电机、LED灯、声音发生器等。了解如何配置和使用PWM输出对于嵌入式系统开发非常重要。

CubeMX是STMicroelectronics提供的一种工具，用于帮助开发人员轻松配置STM32微控制器并生成初始化代码。通过CubeMX，您可以在不深入复杂的寄存器级编程的情况下，设置PWM输出的参数，节省了大量的时间和精力。

在本文中，我们将首先介绍STM32微控制器的基础知识，包括GPIO（通用输入/输出）引脚和定时器的概念，这是配置PWM输出所必需的。然后，我们将详细讨论CubeMX的基本用法，包括如何创建一个新的项目、配置定时器和GPIO引脚，以及生成PWM输出代码。

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一、PWM是什么？

当我们需要控制某些东西的强度、亮度、速度等时，常常会用到PWM，即脉冲宽度调制。
想象一下你在做热巧克力，你有一杯热奶和一块巧克力，你想要控制巧克力的甜度。你可以用勺子每次蘸取一小勺巧克力，然后搅拌到奶里。如果你蘸巧克力的时间很短，巧克力味就不浓；如果你蘸巧克力的时间很长，巧克力味就浓。
PWM就有点像这个过程。它是一种通过不断切换电流的方式来控制设备的强度或亮度的方法。在PWM中，我们不是像勺子一样蘸取巧克力，而是快速地打开和关闭电流，然后根据打开和关闭的时间来控制设备的表现。如果打开时间很短，设备的效果就弱；如果打开时间很长，设备的效果就强。
所以，PWM就像在控制设备的过程中，以不同的速度开和关开关，从而控制了设备的特性，就像你用不同时间搅拌巧克力来控制它的味道一样。这是一种常见的电子控制技术，用于各种应用，从调光LED到控制电机速度都可以使用PWM。

二、CubeMX配置PWM

1、其实PWM占用的是定时器，所以我们要选择定时器。

2、然后选择通道

千万不要选错了。

3、设置分频系数，和我们之前的定时器是一样的，如果忘记了的同学建议重看前面的文章！

4、设置周期

1000-1代表一个毫秒一次，可以说，这个就是我们常说的占空比，在后面我们会将占空比是什么。

5、最后，设置一下中断开启即可

6、最后生成代码就可以了

三、代码分析

3.1 CubeMX生成代码

static void MX_TIM2_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN TIM2_Init 0 */

  /* USER CODE END TIM2_Init 0 */

  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

  /* USER CODE BEGIN TIM2_Init 1 */

  /* USER CODE END TIM2_Init 1 */
  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = 72-1;
  htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim2.Init.Period = 1000-1;
  htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
  if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  sConfigOC.Pulse = 0;
  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN TIM2_Init 2 */

  /* USER CODE END TIM2_Init 2 */
  HAL_TIM_MspPostInit(&htim2);

}

代码分析：
TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0}; 和 TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0}; 这两行定义了两个结构体变量 sMasterConfig 和 sConfigOC，用来存储定时器的配置信息。

htim2.Instance = TIM2; 这行代码将定时器 htim2 的实例设置为 TIM2，表明要配置的是 TIM2 定时器。

htim2.Init.Prescaler = 72-1; 这行代码设置了 TIM2 的分频器，分频器决定了计数器的计数速度。

htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; 这行代码设置了计数模式，即计数器是向上计数还是向下计数。

htim2.Init.Period = 1000-1; 这行代码设置了计数器的周期，即计数器从 0 开始计数，一直计数到 999，然后重新开始。

htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; 这行代码设置了时钟分频器的分频系数，这里是不分频。

htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE; 这行代码禁用了自动重装载预装载，这意味着在更新定时器参数时不会立即生效，而是等待计数器计数到上一个周期结束后才会生效。

if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim2) != HAL_OK) 这行代码初始化了 PWM 功能的定时器 TIM2，如果初始化失败就会调用 Error_Handler() 函数进行错误处理。

sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET; 这行代码设置了主定时器的输出触发模式，这里是复位触发。

sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE; 这行代码禁用了主从模式，主从模式通常用于多个定时器的同步。

if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK) 这行代码配置了主定时器的同步功能，如果配置失败就会调用 Error_Handler() 函数进行错误处理。

sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; 这行代码设置了 TIM2 的通道 1 为 PWM1 模式。

sConfigOC.Pulse = 0; 这行代码设置了 PWM 的脉冲值，初始值为 0。

sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; 这行代码设置了 PWM 输出的极性，这里是高电平有效。

sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE; 这行代码禁用了快速输出模式。

if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK) 这行代码配置了 TIM2 的通道 1 为 PWM 模式，如果配置失败就会调用 Error_Handler() 函数进行错误处理。

HAL_TIM_MspPostInit(&htim2); 这行代码完成了定时器的初始化后处理，可能包括一些硬件相关的配置。

3.2 PWM的几个库函数

HAL_TIM_PWM_Start

HAL_TIM_PWM_Start 函数是HAL库（Hardware Abstraction Layer，硬件抽象层）中用于启动定时器的 PWM（脉冲宽度调制）功能的函数。以下是该函数的原型、功能和参数含义：

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);

HAL_StatusTypeDef：这是函数的返回类型，它表示函数执行的结果，通常用于检查函数是否成功执行。如果成功，返回 HAL_OK，否则返回错误代码。

TIM_HandleTypeDef *htim：这是一个指向 TIM_HandleTypeDef 结构体的指针，用于指定要操作的定时器。

uint32_t Channel：这是一个表示通道的参数，用于指定要启动 PWM 的定时器通道。通常，定时器可以有多个通道，每个通道可以独立配置并启动 PWM 输出。

函数的功能是启动指定通道的 PWM 输出。PWM 是一种用于产生脉冲宽度可调的信号的技术，通常用于控制电机速度、LED亮度等应用。通过调整参数，你可以控制 PWM 的频率和占空比。启动 PWM 后，定时器将按照配置的参数生成 PWM 信号，并根据需要输出到相应的引脚上。

使用示例：

HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);

上述示例代码将启动 htim2 定时器的通道 1 上的 PWM 输出。这将使定时器开始生成 PWM 信号，并根据配置的参数输出到相应的引脚上。

3.3 PWM回调函数

函数原型如下：

void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

3.4 占空比

占空比是什么

在前面我们已经设置了这个属性

占空比是一个用来描述脉冲信号中高电平时间与周期之比的概念。通俗来说，它表示了一个周期内信号处于高电平状态的时间比例。

考虑一个周期性的信号，比如一个方波或PWM（脉冲宽度调制）信号。这个信号在一个周期内会不断重复，而占空比告诉我们高电平（通常是1，表示电压为高的状态）在这个周期内占据了多大的比例。

举个例子，如果我们有一个方波信号，它在一个周期内持续高电平的时间是2毫秒，而周期总共是10毫秒，那么占空比就是2毫秒/10毫秒，也就是20%。这意味着在这个信号中，高电平状态占据了整个周期的20%。占空比通常以百分比的形式表示，因此这个信号的占空比是20%。

占空比在电子电路和信号处理中非常重要，因为它决定了信号的特性。在PWM中，占空比控制了输出信号的平均电压或功率，因此可以用来控制电机的速度、LED的亮度等。在电路设计中，占空比也常常用来调整信号的特性，以满足特定的需求。

或者我们可以简单的理解为：占我们上面的图片上的1000的百分之几，我们的灯的亮度就会是正常的百分之几。

__HAL_TIM_SET_COMPARE设置占空比

__HAL_TIM_SET_COMPARE 宏是用于在STMicroelectronics的HAL库中设置定时器的通道比较值（比较寄存器值）的宏。这个宏通常用于PWM（脉冲宽度调制）控制，其中比较值决定了PWM信号的占空比。以下是宏的作用和参数：

作用：

__HAL_TIM_SET_COMPARE 宏的作用是将指定定时器的指定通道的比较值（比较寄存器的值）设置为给定的值。这允许您动态地更改PWM信号的占空比，以控制相关设备的亮度、速度或其他特性。
参数：

TIMx：这是指向TIM（定时器）外设的指针，其中 x 表示具体的定时器，例如 TIM1、TIM2 等。您需要指定要设置比较值的定时器。

Channel：这是指定要设置比较值的通道，通常以宏的形式表示，如 TIM_CHANNEL_1、TIM_CHANNEL_2 等。不同的通道对应于定时器的不同输出引脚或用途。

Compare：这是要设置的比较值。比较值决定了PWM信号的占空比。具体数值的意义取决于应用，通常是一个表示时间或百分比的值。

使用示例：

__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 500);

上述示例将 htim2 定时器的通道 1 的比较值设置为 500。这将影响定时器生成的PWM信号的占空比，具体效果取决于定时器和应用的配置。

四、呼吸灯示例

void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	static uint32_t index = 0;
	static uint8_t step = 0;
	
	switch(step)
	{
		case 0:
		{
			__HAL_TIM_SET_COMPARE(htim,TIM_CHANNEL_1,index);
			index++;
			if(index >= 1000)
			{
				step = 1;
			}
		}
		break;
		
		case 2:
		{
			__HAL_TIM_SET_COMPARE(htim,TIM_CHANNEL_1,index);
			index--;
			if(index == 0)
			{
				step = 0;
			}
		}
		break;
	}
}

void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)：这是一个函数定义，表示一个回调函数，它会在PWM信号的一个脉冲周期结束后被调用。它接受一个指向定时器句柄（TIM_HandleTypeDef）的指针作为参数。

static uint32_t index = 0;：这是一个静态变量，用来记录一个数值，初始值为0。它在函数内部保留其值，而不会在每次函数调用时重新初始化。

static uint8_t step = 0;：同样是一个静态变量，用来记录一个表示步骤的数值，初始值为0。

switch(step)：这是一个开关语句，根据 step 的值来执行不同的代码块。

case 0:：如果 step 的值为0，那么执行以下代码块。

__HAL_TIM_SET_COMPARE(htim, TIM_CHANNEL_1, index);：这是一个函数调用，用于设置定时器的通道1的PWM信号的占空比，占空比的值由 index 决定。

index++;：增加 index 的值，这将在下次函数调用时用于增加PWM信号的占空比。

if(index >= 1000)：如果 index 的值大于或等于1000，执行以下代码块。

step = 1;：将 step 的值设置为1，这将触发下一个 case 中的代码块执行。

case 2:：如果 step 的值为2，执行以下代码块。

index–;：减小 index 的值，这将在下次函数调用时用于减小PWM信号的占空比。

if(index == 0)：如果 index 的值等于0，执行以下代码块。

step = 0;：将 step 的值重新设置为0，这将触发下一个 case 0 中的代码块执行，形成一个循环。

这段代码的作用是在PWM信号中逐渐增加占空比，然后再逐渐减小占空比，不断循环。这通常用于控制某些设备或效果的强度或速度。每次函数调用都会更新PWM信号的占空比，直到达到一定条件（例如占空比达到1000或0）时，会改变步骤（step）来反转占空比的变化方向。这种方式可以创建一种周期性变化的PWM信号，用于控制设备的行为。

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总结

STM32微控制器是一系列功能强大的微控制器，广泛应用于嵌入式系统和电子设备中。其中一个常见的应用是生成PWM信号，用于控制各种设备，如电机、LED灯、声音发生器等。了解如何配置和使用PWM输出对于嵌入式系统开发非常重要。

CubeMX是STMicroelectronics提供的一种工具，用于帮助开发人员轻松配置STM32微控制器并生成初始化代码。通过CubeMX，您可以在不深入复杂的寄存器级编程的情况下，设置PWM输出的参数，节省了大量的时间和精力。

在本文中，我们将首先介绍STM32微控制器的基础知识，包括GPIO（通用输入/输出）引脚和定时器的概念，这是配置PWM输出所必需的。然后，我们将详细讨论CubeMX的基本用法，包括如何创建一个新的项目、配置定时器和GPIO引脚，以及生成PWM输出代码。