2021年09月27日 | STM32F103入门 | 12.PWM实现呼吸灯

12.1. PWM简介

PWM全称为“Pulse Width Modulation”。中文翻译为：脉冲宽度调制。脉冲宽度指的是 脉冲持续的时间，既高电平或低电平保持（持续）的时间。而PWM通俗的说就是人为的（通过微处理器）去控制电平高低保持的时间。这里引出一个新名词，占空比：在一个脉冲的循环中，通电时间相对于总时间所占的比例。

STM32 的定时器除了 TIM6 和 TIM7。其他的定时器都可以用来产生 PWM 输出。其中高级定时器 TIM1 和 TIM8 可以同时产生多达 7 路的 PWM 输出。而通用定时器也能同时产生多达 4 路的 PWM 输出，这样，STM32 最多可以同时产生 30 路 PWM 输出！

12.2. PWM相关寄存器

除了定时器章节介绍的几个寄存器（ ARR、PSC、 CR1 等） 外，还会用到 4 个寄存器（通用定时器则只需要 3 个），来控制 PWM 的输出。这四个寄存器分别是：捕获/比较模式寄存器（ TIMx_CCMR1/2）、捕获/比较使能寄存器（ TIMx_CCER）、捕获/比较寄存器（ TIMx_CCR1~4） 以及刹车和死区寄存器（ TIMx_BDTR）。

（1）捕获/比较模式寄存器（ TIMx_CCMR1/2）

该寄存器总共有 2 个， TIMx _CCMR1　和 TIMx _CCMR2。TIMx_CCMR1 控制 CH1 和 CH2，而 TIMx_CCMR2 控制 CH3 和 CH4。

寄存器分了　2　层，上面一层对应输出时的设置而下面的则对应输入时的设置。模式设置位 OCxM，此部分由 3 位组成。总共可以配置成 7 种模式，我们使用的是 PWM 模式，这 3 位必须设置为110/111。这两种 PWM 模式的区别就是输出电平的极性相反。 另外 CCxS 用于设置通道的方向（输入/输出）默认设置为 0，就是设置通道作为输出使用。

/**

  * 没有重映射时，TIM3的四个通道CH1, CH2, CH3, CH4分别对应PA6, PA7, PB0, PB1

  * 部分重映射时，TIM3的四个通道CH1, CH2, CH3, CH4分别对应PB4, PB5, PB0, PB1

  * 完全重映射时，TIM3的四个通道CH1, CH2, CH3, CH4分别对应PC6, PC7, PC8, PC9

  * 

  * 110：PWM模式1 - 在向上计数时，一旦TIMx_CNT  * 否则为无效电平；在向下计数时，一旦TIMx_CNT>TIMx_CRRx时，通道x为无效电平，

  * 否则为有效电平。

  *

  * 111：PWM模式2 - 在向上计数时，一旦TIMx_CNT  * 否则为有效电平；在向下计数时，一旦TIMx_CNT>TIMx_CRRx时，通道x为有效电平，

  * 否则为无效电平。

  */

（2）捕获/比较使能寄存器（ TIMx_CCER）

这里只用到了 CC1E 位，该位是输入/捕获 1 输出使能位，要想PWM 从 IO 口输出，这个位必须设置为 1。

（3）捕获/比较寄存器（ TIMx_CCR1~4）

该寄存器总共有 4 个，对应 4 个输通道 CH1~CH4。在输出模式下，该寄存器的值与 CNT 的值比较，根据比较结果产生相应动作。利用这点，我们通过修改这个寄存器的值，就可以控制 PWM 的输出脉宽了。

（4）刹车和死区寄存器（ TIMx_BDTR）

如果是通用定时器，则配置以上三个寄存器就够了，但是如果是高级定时器，则还需要配置：刹车和死区寄存器（ TIMx_BDTR）。该寄存器，我们只需要关注最高位： MOE 位，要想高级定时器的 PWM 正常输出，则必须设置 MOE 位为 1，否则不会有输出。注意：通用定时器不需要配置这个。

12.3. PWM波形产生原理

通用定时器可以利用 GPIO 引脚进行脉冲输出，在配置为比较输出、PWM 输出功能时，捕获/比较寄存器 TIMx_CCR 被用作比较功能，下面把它简称为比较寄存器。

这里直接举例说明定时器的PWM输出工作过程：若配置脉冲计数器TIMx_CNT 为向上计数，而重载寄存器 TIMx_ARR 被配置为 N，即 TIMx_CNT 的当前计数值数值X在 TIMxCLK 时钟源的驱动下不断累加，当 TIMx_CNT 的数值X大于 N 时，会重置 TIMx_CNT 数值为 0 重新计数。

而在 TIMxCNT 计数的同时，TIMxCNT 的计数值X会与比较寄存器TIMx_CCR 预先存储了的数值 A 进行比较，当脉冲计数器 TIMx_CNT 的数值X小于比较寄存器 TIMx_CCR 的值A时，输出高电平（或低电平），相反地，当脉冲计数器的数值X大于或等于比较寄存器的值 A 时，输出低电平（或高电平）。

如此循环，得到的输出脉冲周期就为重载寄存器 TIMx_ARR 存储的数值 (N+1) 乘以触发脉冲的时钟周期，其脉冲宽度则为比较寄存器 TIMx_CCR 的值 A 乘以触发脉冲的时钟周期，即输出PWM的占空比为 A/(N+1) 。

12.4 PWM配置步骤

1.开启TIM3时钟、GPIOB时钟和复用功能时钟

2.配置GPIOB5为复用输出

3.设置TIM3_CH2重映射到PB5上

4.初始化TIM3,设置ARR和PSC

5.设置TIM3_CH2的PWM模式

6.使能TIM3的CH2输出

7.使能TIM3

8.在主函数中改变占空比完成呼吸灯

12.5 定时器引脚复用功能映射

根据以上重映像表，我们使用定时器3的通道2作为PWM的输出引脚，所以需要对PB5引脚进行配置。注意：如果使用PB4当做TIM3部分重映射的CH1输出，除了要进行部分重映射配置外，还需要禁用JTAG！并在开启复用时钟后禁用JTAG！

GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);  //禁用JTAG，在开启复用时钟后禁用

1. 新建两个文件，pwm.c 和 pwm.h

2. 在头文件 pwm.h 添加下面代码：

#ifndef _PWM_H

#define _PWM_H

#include "stm32f10x.h"

void PWM_Init(u16 arr, u16 psc);

#endif;

3. 把 pwm.c 添加到工程中

4. 在 pwm.c 中添加以下代码：

#include "pwm.h"

void PWM_Init(u16 arr,u16 psc)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;              //定义GPIO结构体

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;    //定义TIMx定时器结构体

    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;            //定义定时器脉宽调制结构体

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);                     //使能TIM3时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//使能GPIOB时钟和AFIO复用时钟

    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3,ENABLE);                     //TIM3部分重映射 TIM3_CH2->PB5

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;                               //TIM_CH2

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;                         //复用推挽输出

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;                       //配置输出速率

    GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);                                   //初始化GPIOB

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;                                 //设置自动重装载寄存器周期的值 arr=value-1

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc;                              //设置预分频值 psc=value-1

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;                            //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;             //TIM向上计数模式

    TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);                          //初始化TIMx时间基数

    //初始化TIM3 Channel2 PWM模式     

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;                       //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1

    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;           //使能比较输出

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;               //输出极性:TIM输出比较极性高

    TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);                                 //根据T指定的参数初始化外设TIM3 OC2

    TIM_OC2PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);                        //使能TIM3在CCR2上的预装载寄存器

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                                                  //使能TIM3

}

5. 实现PWM呼吸灯功能

#include "stm32f10x.h"

#include "delay.h"

#include "led.h"

#include "tim.h"

#include "key.h"

#include "pwm.h"

int main(void)

{

    u16 pwmValue = 0;

    u8 dir = 0;

    delay_init();

    PWM_Init(999, 719);

    while(1)

    {

        if(dir) {

            if(pwmValue > 550) TIM_SetCompare2(TIM3, --pwmValue);

            else dir = 0;

        }

        else {

            if(pwmValue < 990) TIM_SetCompare2(TIM3, ++pwmValue);

            else dir = 1;

        }

        delay_ms(3);

    }

}

小提示：如果身边没有LED电阻面包板搭电路，可以用杜邦线连接PB5和PC13，同时PC13设置成开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD)，这样就能完成呼吸灯实验了（不瞒你说我也是这样干的）。