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2021年01月22日 | STM32如何实现可调频率、占空比的PWM波形，且可指定输出脉冲个数？

2021-01-22 来源：eefocus

读者朋友“*imYan*”问：

pwm实现频率可调和占空比可调后怎么来实现输出10个脉冲呢？我这边看有门控或者单脉冲加重复计数，黄老师平时用的什么方法？

我的回答：

使用两个TIM定时器：一个输出可调频率、占空比的PWM，一个对输出PWM脉冲计数（计时）。

1.门控方式能实现，但需要复杂的配置和计算，不推荐。

2.脉冲计数是比较实际，也是比较简单的方式；

对输出PWM脉冲计数（计时）方法有多种：

1.IO中断计数，或同步定时中断计数：用另外一个定时器，按照相同频率中断计数（类似IO中断）；

2.由PWM频率和脉冲个数，计算输出全部所需的时间，使用定时中断，关闭输出PWM；

3.利用定时器外部脉冲触发（外部时钟模式2功能），计数个数为所需脉冲个数（10个脉冲），则关闭输出PWM；

ⅠSTM32定时器

STM32的TIM定时器少则五六个，多则二十个。可能许多初学者觉得：那么多定时器用的完吗？那么多不是浪费吗？

这么说吧，STM32的定时器功能非常强大，之所以有那么多定时器，原因在于使用定时器的地方有许多，本文要讲的这个例子只是很基础的一个例子。

当然，可能很多人想问：利用阻塞延时，控制IO高低变化输出PWM这种方式就行啦，也很简单。其实，这种方法的弊端很大。

1.输出的PWM可能存在误差；

2.对整个系统的实时性可能有影响；

所以不建议使用该方法。

Ⅱ几种实现方法

使用两个定时器配合输出可调频率、占空比的PWM波形，且可指定输出脉冲个数的方法和原理其实不难。

输出PWM的方法就是使用TIM定时器自带有的PWM模式即可完成。主要难点在于还要控制指定输出脉冲的个数。

对于如何控制输出指定脉冲个数，下面大概说下三种方法：

1.脉冲中断计数法

IO中断，或者定时器同步（脉冲）中断。

定时器同步（脉冲）中断简单的说，就是利用定时器同时产生一个相同频率（或者说波形）的中断信号，在中断里面对其累计，累加个数为指定输出波形个数则关闭PWM波形的输出，同时关闭中断计数。

比如：我输出10个波形，10次中断（每次+1）之后，关闭输出。

它的原理，大致如下图：

此方法建议在输出高频PWM时不要使用，频繁中断对系统实时性也是有一定影响。建议低于1KHz的PWM才使用此方法。

2.定时中断法

基于上面第一种，不适合高频PWM脉冲中断。经过思考，我们是否可以将多次中断的时间累加，只响应一次中断。

原理就是把定时的时间设定为单个脉冲的n倍（n个脉冲），只使用一次中断。

它的原理，大致如下图：

看图片中的提示，建议这个地方使用一个32位的定时器，这个值可能很大。

3.脉冲触发法

此方法可以避免上面两种方法中不足的地方，相对上面两对实用性更强。电路上面，需要将PWM输出的波形，连接到另一个定时器的ETR引脚。

它的原理没什么特殊的，就是和我们常用的定时更新中断类似，只是输入信号改成PWM脉冲波形（默认为内部时钟CK_INT 如：36M）。

下面章节我就以该方法（第3种方法），PWM波形作为定时器的输入时钟的方式，用代码给大家讲述一下。

Ⅲ外部时钟源模式2实现方法

上面说过，使用PWM作为另一个定时器的输入时钟，即可达到对PWM计数的功能。

请参看手册中TIM定时器时钟选择章节。

1.输出PWM配置

/************************************************

函数名称： PWM_TIM_Configuration

功能： PWM输出定时器配置

参数：无

返回值：无

作者： strongerHuang

*************************************************/

void PWM_TIM_Configuration(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

/* 时钟配置 */

RCC_APB1PeriphClockCmd(PWM_TIM_CLK, ENABLE);

RCC_AHB1PeriphClockCmd(PWM_TIM_GPIO_CLK, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PWM_TIM_PIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

GPIO_Init(PWM_TIM_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

/* 映射配置 */

GPIO_PinAFConfig(PWM_TIM_GPIO_PORT, PWM_TIM_SOURCE, PWM_TIM_AF);

/* 时基配置 */

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = PWM_PRESCALER; //预分频值

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xFFFF; //定时周期

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //分频因子

TIM_TimeBaseInit(PWM_TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);

/* PWM模式配置 */

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //PWM1模式

TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //使能输出

TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0xFFFF; //脉宽值

TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性

PWM_TIM_OCxInit(PWM_TIMx, &TIM_OCInitStructure);

TIM_Cmd(PWM_TIMx, DISABLE);

}

初始化频率和占空比填充的值是最大值，即TIM_Period = 0xFFFF；TIM_Pulse = 0xFFFF; 实际没有使能定时器（输出的配置见下面函数接口）

2.选择外部时钟，定时中断配置

/************************************************

函数名称： CNT_TIM_Configuration

功能：计时定时器配置

参数：无

返回值：无

作者： strongerHuang

*************************************************/

void CNT_TIM_Configuration(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

/* 时钟配置 */

RCC_APB1PeriphClockCmd(CNT_TIM_CLK, ENABLE);

RCC_AHB1PeriphClockCmd(CNT_TIM_GPIO_CLK, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = CNT_TIM_PIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

GPIO_Init(CNT_TIM_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

/* 映射配置 */

GPIO_PinAFConfig(CNT_TIM_GPIO_PORT, CNT_TIM_SOURCE, CNT_TIM_AF);

/* NVIC配置 */

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = CNT_TIM_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = CNT_TIM_Priority;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

/* 使用外部时钟源 */

TIM_ETRClockMode2Config(CNT_TIMx, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_Inverted, 0);

/* 时基配置 */

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0; //预分频值

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xFFFF; //定时周期

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //分频因子

TIM_TimeBaseInit(CNT_TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);

TIM_ClearFlag(CNT_TIMx, TIM_FLAG_Update);

TIM_ITConfig(CNT_TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE); //使能"更新"中断

TIM_Cmd(CNT_TIMx, DISABLE);

}

和常规的不同点在于：使用外部时钟源

TIM_ETRClockMode2Config(CNT_TIMx, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_Inverted, 0);

注意检测（捕获）极性TIM_ExtTRGPolarity_Inverted，一般PWM都是高电平为脉冲波形，下降沿才算一个波形的计数。

3.输出PWM函数接口

/************************************************

函数名称： PWM_Output

功能：输出PWM

参数： Frequency --- 频率

Dutycycle --- 占空比(12代表占空比为12%)

NumPulse --- 脉冲个数

返回值：无

作者： strongerHuang

*************************************************/

void PWM_Output(uint32_t Frequency, uint32_t Dutycycle, uint32_t NumPulse)

{

uint32_t pwm_period;

uint32_t pwm_pulse;

/* 输出PWM */

pwm_period = PWM_CK_CNT/Frequency - 1; //计算出计数周期(决定输出的频率)

pwm_pulse = (pwm_period + 1)*Dutycycle / 100; //计算出脉宽值(决定PWM占空比)

TIM_Cmd(PWM_TIMx, DISABLE); //失能TIM

TIM_SetCounter(PWM_TIMx, 0); //计数清零

TIM_SetAutoreload(PWM_TIMx, pwm_period); //更改频率

PWM_TIM_SetComparex(PWM_TIMx, pwm_pulse); //更改占空比

TIM_Cmd(PWM_TIMx, ENABLE); //使能TIM

/* 脉冲个数计时 */

TIM_Cmd(CNT_TIMx, DISABLE);

TIM_SetCounter(CNT_TIMx, 0);

TIM_SetAutoreload(CNT_TIMx, NumPulse-1); //设置中断更新数

TIM_ClearFlag(CNT_TIMx, TIM_FLAG_Update);

TIM_Cmd(CNT_TIMx, ENABLE);

}

void PWM_Output(uint32_t Frequency, uint32_t Dutycycle, uint32_t NumPulse)；

我们只需要调用该函数接口就可以实现指定个数PWM输出了。中途不用软件参数，输出结束时自动响应定时中断，关闭定时器。

中断接口函数

/************************************************

函数名称： CNT_TIM_IRQHandler

功能：计时中断

参数：无

返回值：无

作者： strongerHuang

*************************************************/

void CNT_TIM_IRQHandler(void)

{

if(TIM_GetITStatus(CNT_TIMx, TIM_IT_Update) != RESET)

{

TIM_ClearITPendingBit(CNT_TIMx, TIM_IT_Update);

TIM_Cmd(PWM_TIMx, DISABLE); //关闭PWM输出

TIM_Cmd(CNT_TIMx, DISABLE); //关闭计数

}

Ⅳ实际效果和代码

为方便大家，提供了一个简单裸机程序：

int main(void)

{

System_Initializes(); while(1)

{

LED_TOGGLE(); //LED变化

Delay(5); //延时(约240ms)

PWM_Output(1000, 20, 10); //1KHz, 20%占空比, 10个脉冲

}

main函数中实现效果：间隔240ms（软件延时不精确）输出10个PWM波形

波形具体情况：输出1KHz, 20%占空比, 10个脉冲精确的PWM波形

下载地址（STM32F401为例工程，STM32其他芯片类似）：

链接：https://pan.baidu.com/s/10GPPxCky8SZmU9S9pleqJg

密码：4jf3

STM32 可调频率占空比 PWM波形输出脉冲

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