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stm32输出比较模式与PWM模式总结-创新互联

文章目录
  • 前言
  • 一、输出比较模式和PWM模式
  • 二、PWM模式
    • 1.原理
    • 2.配置cubemx
    • 3.代码及验证
  • 三、输出比较模式
    • 1.原理
    • 2.配置cubemx
    • 2.代码及验证
  • 总结

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前言

最近因为从标准库过渡到hal库，又重新温习了一遍定时器相关的功能，在stm32中定时器经常被用作输出PWM波，在此对定时器常用来输出PWM的两种模式：输出比较模式和PWM模式做一个总结

本次实验使用stm32G431，使用cubemx生成底层代码。

一、输出比较模式和PWM模式

输出比较模式和PWM模式都可以用来输出PWM波，在功能上两者有相同之处，对于一个定时器这两种方式都可以做到四路输出PWM，每一路PWM占空比都可调，也有不同之处，输出比较模式可以方便的调节每一路PWM波的频率，可以输出四路频率不同，占空比不同的PWM。但是PWM模式如果想要调节PWM波的频率，那么就只能重新设置预分频系数或者自动重装载寄存器ARR，并且输出的四路PWM频率必定一致。

PWM模式是输出比较模式的子集。

二、PWM模式 1.原理

在预分频系数确定的条件下，PWM模式的信号频率是由自动重装载寄存器ARR来确定的，占空比则由比较寄存器CCR来确定。

PWM模式分为两种，PWM1和PWM2，都可以设置计数器递增计数或者递减计数。具体如下表
在这里插入图片描述
在使用PWM模式时，我们只需要设置预分频系数PSC，自动重装载值ARR，即可确定PWM具体频率，即 PWM频率 =（系统时钟频率）/((ARR+1)*(PSC+1))(单位：Hz)

这里以PWM1的递增计数方式为例，假定系统时钟频率设置为80MHz，那么当ARR取999，PSC取79的时候，PWM的频率即为1kHz。配置完成后对时钟进行初始化，此时时钟开始以预分频之后的频率即1MHz开始计数，当CNT的值小于设置的CCR的值时，PWM输出引脚输出为高电平，当CNT的值大于CCR的值时，PWM输出引脚输出为低电平，当CNT计数至ARR时，计数器产生上溢事件，计数器的值更新为0，以此往复。

2.配置cubemx

1、首先需要对时钟频率进行设置，这里设置系统时钟频率为80MHz
在这里插入图片描述
2、此处选用TIM3通用定时器，配置时钟来源为内部时钟，选择Channel1和Channel2的PWM模式
在这里插入图片描述
3、配置PSC为79，ARR为999，向上计数模式，使能自动重载预装载，Channel1选择PWM1模式，pulse值取200，这里的pulse就是指比较寄存器CCR，理论上计算可得PWM频率为1KHz，占空比为20%
Channel2的pulse值取300，其余和Channel1一致
在这里插入图片描述

4、最后，配置project相关参数，生成代码。

3.代码及验证

cubemx配置生成完成后只需要再启动一下定时器即可完成PWM的输出

HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
  __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim3,TIM_CHANNEL_1);	
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_2);
  __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim3,TIM_CHANNEL_2);

此处实验使用的是TIM3的Channel1和Channel2，相应的引脚为PA6、PA7，下载到开发板上用逻辑分析仪可以得到如下波形
在这里插入图片描述

可以看到波形符合预期，当然在代码中也可以通过
__HAL_TIM_SET_COMPARE(HANDLE, CHANNEL, COMPARE)
来重新设置CCR更改PWM的占空比
或者通过__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(HANDLE, AUTORELOAD)
来重新设置ARR来改变PWM的频率

三、输出比较模式 1.原理

在上面的PWM模式下我们看一发现Channel1和Channel2的占空比可以不一样，但是其频率是一致的，那么如果需要在一个定时器下的多个通道分别输出频率不同，占空比不同的PWM那么就需要使用输出比较模式了。

输出比较模式和PWM模式的原理很相似，在输出比较模式输出PWM的实验中，有一点不同的是PWM1递增模式下CNT与CCR作比较，若CNT小于CCR则输出为高电平，若CNT大于CCR则输出为低电平，并且在CNT计数至ARR时，CNT会更新至0并产生上溢事件。但是输出比较模式在CNT与CCR不断做比较的过程中，若CNT等于CCR，产生的则是电平翻转，并且会产生中断，通过对中断回调函数的编写，就能够实现多路不同频率信号的输出。

例如，我们定义duty作为占空比，定义pulse作为周期计数数目，若duty为10%，pulse为10000，取ARR为大值65535（在输出比较模式中ARR没啥用，定义成大值就不用经常更新CNT为0了）系统时钟频率为80MHz，预分频系数为79，则预分频之后的时钟频率为1MHz，那么当计pulse个数目，则时间为10ms，占空比为10%，则所需高电平时间为1ms。

当第一次CNT等于CCR时，进入中断回调函数，让CCR加上（pulse-pulse*duty），即9ms后再次进行反转电平，此时PWM持续了9ms的低电平；

当第二次CNT等于CCR是，进入中断回调函数，让CCR加上（pulse*duty），即1ms后再进行反转电平，此时PWM持续了1ms的高电平；
这样即可完成输出比较PWM的配置。

有人可能会问，为什么CNT可以加这么多数，那是因为当CNT从65535溢出后，仍然会从头开始计数，对程序没有影响，具体如下图。请添加图片描述

2.配置cubemx

1、依然配置系统时钟频率为80MHz，此处选用TIM3通用定时器，配置时钟来源为内部时钟，选择Channel1和Channel2的输出比较模式
在这里插入图片描述

2、如图配置参数，需要注意的是自动重载预装载和输出比较预装载都需要关闭，
模式需要选择toogle on match
在这里插入图片描述

3、最后配置project相关参数，生成代码

2.代码及验证

cubemx配置生成完成后，首先需要启动一下定时器，清除中断标志位

HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
  __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim3,TIM_CHANNEL_1);	
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_2);
  __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim3,TIM_CHANNEL_2);

然后对中断回调函数进行编写

void HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{uint32_t OC_Count = 0;

  OC_Count = __HAL_TIM_GET_COUNTER(htim);

  if(htim->Instance == TIM3)
  {if(htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1)
    {  if(GPIO_PIN_RESET == HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_6))
      {__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_1,OC_Count + OC_Channel1_Pulse - OC_Channel1_Duty*OC_Channel1_Pulse/100);
      }
      else
      {__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_1,OC_Count + OC_Channel1_Duty*OC_Channel1_Pulse/100);
      }
    }
    else if(htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2)
    {  if(GPIO_PIN_RESET == HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_7))
      {__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_2,OC_Count + OC_Channel2_Pulse - OC_Channel2_Duty*OC_Channel2_Pulse/100);
      }
      else
      {__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_2,OC_Count + OC_Channel2_Duty*OC_Channel2_Pulse/100);
      }
    }
  }
}

此处OC_Channel1_Pulse和OC_Channel2_Pulse 我就是前面“原理”中的pulse，OC_Channel1_Duty和OC_Channel2_Duty就是“原理”中的duty，有定义了两个标志位，通过判断引脚电平，使之能够间次调用。

其中duty和pulse的值可以自己设置，这里由于我duty定义的是整形，所以在代码中对其相应的除以了100，相当于转化为了小数。

若取OC_Channel1_Duty为10%，OC_Channel1_Pulse为10000，则Channel1频率为100Hz，占空比为10%
若取OC_Channel2_Duty为30%，OC_Channel1_Pulse为5000，则Channel1频率为200Hz，占空比为30%

最后下载到开发板中，使用逻辑分析仪观察波形如下
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
符合实验预期

总结以上只是简单实现了PWM模式和输出比较模式下输出PWM的任务，还可以通过按键或其他触发条件，用相应函数对其占空比或者频率进行相应调整。

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