STM32单片机输出频率及占空比可调的PWM波

一、测试用环境

STM32F103C8T6，HAL库。
只考虑PWM的频率和占空比两个参数，死区、极性、对齐方式等不做讨论。

二、STM32Cube MX配置

1.PWM原理

上图中，定时器向上计数，当CNTCCRx时输出1，当CNT达到ARR值的时候，重新归零，再次向上计数，如此循环。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输出的的频率。计算频率和占空比的公式如下：

$f_{pwm}=$$\frac{f_{TIM}}{(PSC+1)\ast (ARR+1)}$

$DutyCycle$ = $\frac{CCR}{ARR}$ *100%
由以上两公式可知，时钟频率确定后，频率与分频系数PSC和自动重装载值ARR都有关系，占空比是CCR和ARR的比值；

2.CubeMX配置

以通用定时器TIM3的通道1为例，时钟为72MHz，主要配置如下图，因为频率和占空比我们需要可改变，在程序运行过程中需要修改参数，所以在CubeMX里，这些参数可以不配置；为了方便，我们配置PSC为72-1，这样当ARR从0~65535变化时，可以得到约15Hz-1MHz的频率，如果想要其他频率，则可以修改PSC的值。

三、主要代码

生成代码以后，在stm32f1xx_hal_tim.h头文件中，有开启或停止PWM的函数：

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Stop(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)

因为我们使用的是TIM3、通道1，因此可通过如下代码开启PWM功能：

HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);

同样，停止PWM功能代码如下：

HAL_TIM_PWM_Stop(&htim3,TIM_CHANNEL_1);

接下来，需要写一个修改PWM频率及占空比的函数，在stm32f1xx_hal_tim.h头文件中

#define __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(__HANDLE__, __AUTORELOAD__) \
  do{                                                    \
    (__HANDLE__)->Instance->ARR = (__AUTORELOAD__);  \
    (__HANDLE__)->Init.Period = (__AUTORELOAD__);    \
  } while(0)

用来设置ARR的的值，而__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD在stm32_hal_legacy.h中又有如下宏定义：

#define __HAL_TIM_SetAutoreload         __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD

同样，设置CCR的功能定义如下：

#define __HAL_TIM_SetCompare            __HAL_TIM_SET_COMPARE

利用这两个宏我们可以写出配置频率和占空比的函数：

/*******************************************************************************
  * 函数名：PWM_Config
  * 功  能：PWM配置，设置频率和占空比
  * 参  数：Freq频率,Hz
            Duty占空比,*100
  * 返回值：无
  * 说  明：TIM3,Channel1；
            时钟72MHz,PSC=72-1,f=72M/((PSC+1)*(ARR+1)),PSC不变；
            Duty=ccr/arr*100%; 取值0~100，所以计算ccr要除以100         
*******************************************************************************/
void PWM_Config(uint32_t Freq, uint8_t Duty)
{
    uint32_t arr = 1000000 / Freq - 1;
    uint32_t ccr = (uint32_t)Duty * arr / 100;
    __HAL_TIM_SetAutoreload(&htim3, arr);
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, ccr);    
}

四、试验验证

频率1KHz、占空比70%

PWM_Config(1000, 70);

从逻辑分析仪捕捉的波形图可看出，一个完整周期时间为1ms，即频率为1KHz，其中高电平为700us，即占空比为70%；
将配置改为2500Hz，占空比为35%，

PWM_Config(2500, 35);

上图可看出，周期为400us，即频率2500Hz，高电平宽度的140us，即占空比为35%；

五、总结

1.使用定时器的PWM输出模式，同一个定时器的不同通道输出的PWM频率必须相同，如果想要同时输出不同频率的PWM，则需要使用不同的定时器，或者使用同一个定时器的输出比较模式。
2.PWM模式下，同一个定时器的不同通道，输出的PWM占空比可以不一样。