代码收藏家技术教程 2024-09-06

【STM32】定时器PWM功能深度解析：如何使用定时器2实现PWM输出

（基于江科大STM32教程）

一、理论部分

1、OC

（Output Compare）输出比较

通过比较CNT与CCR寄存器值的关系，对输出电平进行置1、置0或翻转的操作。

CNT：定时计数器寄存器； CCR：被比较单元，可操作更改；

如下图，设置模式为：

CNT向上计数，100溢出；CCR为30，CNT<=CCR置高电平，其余低。

2、PWM

（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制

在具有惯性的系统中（断电后不会立即停止，视觉上），可以通过对一系列脉冲的宽度进行调制（设置一定的CCR），来等效地获得所需要的模拟参量，如速度、亮度。

（1）PWM参数：

频率 = 1 / TS；占空比 = TON / TS；分辨率 = 占空比变化步距；

PWM频率： Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)

PWM占空比： Duty = CCR / (ARR + 1)

PWM分辨率： Reso = 1 / (ARR + 1)

（2）模式设置

3、基本流程

（1）时基

使用定时器TIM2，ARR，PSC根据需要重设定。

//时基
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=100-1;			//ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=72-1;		//PSC
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);

（2）OC

配置OC，参数为结构体，包含诸多参数，在赋值前先使用TIM_OCStructInit()，初始化结构体，再更改需要的参数即可。

//OC
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=0;					//CCR
	TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);	//OC1->GPIO(PA0)
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

由于配置时基时采用TIM_CounterMode_Up向上计数，对应到此时OCMode配置为PWM1，表明CNT<CCR时输出高电平，CCR增大，占空比增大。此时不更改ARR（时基）来更改占空比，仅改变CCR。使用TIM_SetCompare1函数可以更改通道1的CCR，以此类推。

/**
  * @brief  Sets the TIMx Capture Compare1 Register value
  * @param  TIMx: where x can be 1 to 17 except 6 and 7 to select the TIM peripheral.
  * @param  Compare1: specifies the Capture Compare1 register new value.
  * @retval None
  */
void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_TIM_LIST8_PERIPH(TIMx));
  /* Set the Capture Compare1 Register value */
  TIMx->CCR1 = Compare1;
}

（3）GPIO

经过OC后的电平需要通过GPIO口输出，那么需要配置相应的GPIO。

使用的TIM2通道1，对应的即为PA0，以此类推，如下：

同时参考8.1.11，OC的GPIO只能配置为复用推挽GPIO_Mode_AF_PP，如下：

    //GPIO
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;		//只能使用复用推挽
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输出比较通道，高级定时器的前3个通道额外拥有死区生成和互补输出的功能。四个OC通道共用时基单元，更改对应通道的CCR以实现对应的PWM占空比。

二、代码部分

1、舵机

（1）驱动

舵机的三条接口分别对应5V电源（可从stlink上截取）、GND、PWM输入口。

根据下图可知，周期20ms，脉冲宽度在0.5ms~2.5ms，

freq=72M/(20k*72)，T=20k*72/72M=20m，那么20k对应20ms，500~2500对应0.5~2.5ms

所以配置：ARR=20000-1，PSC=72-1

使用CH2，对应到PA1

    //TIM
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=20000-1;			//ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=72-1;	        //PSC
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	//OC
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=0;					    //CCR(500~2500)
	TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);	            //OC2->GPIO(PA1)
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

（2）功能改良

采用长按按键有效，来驱动舵机（提供角加速度）

uint16_t Key_Judge(void)
{
	temp=0;
	if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1)==0)
	{
		temp=1;
	}
	return temp;
}

舵机角度在0~180连续（使用浮点型标记angle）活动，到达两侧后反向，转角在90度时速度较快，到达两侧时较慢，防止到达两侧时速度较快损坏。后期加入速度采集模块，添加反馈可以实现PID。

float angle=90;
uint16_t key_num;
uint8_t action=0;

uint8_t angle_action(void)
{
	if(angle>=180)
		action=1;
	if(angle<=0)
		action=0;
	return action;
}

int main(void)
{
	OLED_Init();
	PWM_Init2();
	Key_Init();
	while(1)
	{
		key_num=Key_Judge();
		if(key_num!=0)
		{
			if(!angle_action())
			{
				angle+=0.01*(181-angle);
			}
			else angle-=0.01*(angle+1);
		}
		PWM_Angle(angle);
		OLED_ShowString(1, 1, "Angle:");
		OLED_ShowNum(1, 8, angle, 3);
	}
}