01 PWM介绍

PWM定义：脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，PWM）简称脉宽调制。通俗讲，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。

" G) `- B% {: L+ w* t

电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

占空比定义：占空比就是高电平所占整个周期的时间，如下图所示:

6 X5 I. t3 w1 b! B& S/ k

+ W- [- y6 V/ y& q& O( I$ G

第一个PWM波，周期为10ms，高电平的时间为4ms，所以占空比为40%，同理第二个PWM波为60%，第三个为80%。

( H6 O9 Y& A1 E' Q3 o; ]" _

PWM的频率： PWM的频率的整个周期的倒数，所以说上图PWM的周期为1/0.01，也就是100HZ。改变PWM的频率是通过改变整个的周期实现的。所以通过改变高低电平总共的时间、改变高电平占总周期的比例就可以实现任意频率、任意占空比的PWM波。

PWM的用途和优点：电机调速、功率调制、PID调节、通信等等，配置简单、抗干扰能力强，从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。并且让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小，噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响，这是PWM用于通信的主要原因。

02 STM32的管脚复用

STM32没有专门的PWM引脚，所以使用IO口的复用模式。首先确认PWM功能的输出管脚，使用定时器9。从下面的框图中得知，timer9只有两个输出通道，所以timer9只能输出两路PWM。

. n3 i# M2 b& ^# Q3 G0 c- }, J' D

在STM32F207数据手册中的Alternatefunction mapping图片中，timer9的两个通道分别可以复用为PA2，PA3，PE5和PE6。

03 STM32输出PWM原理
1 Y1 H) J' N/ q/ P  \" R

下图中的①部分，在《[color=var(--weui-LINK)]STM32基础定时器详解》讲解过了，关于影子寄存器，也在《[color=var(--weui-LINK)]STM32影子寄存器》中讲述，下文不再赘述了。本文将重点在②部分，捕获/对比通道讲解，其中STM32的PWM就是利用对比通道实现的。

0 V: m1 A( N) i0 G. G

Pulse Width Modulation mode allows you to generate a signal with afrequency determined by the value of the TIMx_ARR register and a dutycycle determined by the value of the TIMx_CCRx register。

节选自STM32F207 Reference manual手册

# K( Z, q1 H" [% ?# _" d

脉冲宽度调制模式可以生成一个信号，该信号频率由TIMx_ARR 寄存器值决定，其占空比则由TIMx_CCRx 寄存器值决定。

1 N$ a* U8 x' C0 o8 }

从下图可以看出，当CCR寄存器和CNT计数器数值一样时，会产生动作（改变通道对应的GPIO电平）。由于CNT溢出时，重载值由TIMx_ARR寄存器值决定的。所以说TIMx_ARR寄存器值决定周期，而TIMx_CCRx寄存器值决定CNT溢出时，经过多久会产生动作（改变通道对应的GPIO电平），也就是决定了占空比。

以向上计数为例，重载值为ARR，比较值为CRRx

$ w/ b8 z: s/ |$ \. Y

; \% U" w8 Z6 I$ u' c. X

5 K* R; i( _7 m

上图可以看出：

• 0-t1段,定时器计数器TIMx_CNT值小于CCRx值,输出低电平。
• t1-t2段,定时器计数器TIMx_CNT值大于CCRx值,输出高电平。
  
  3 s; U2 E% s+ t: A
  

当TIMx_CNT值达到ARR时,定时器溢出,重新向上计数...循环此过程至此一个PWM周期完成。

" \4 [- e/ l- V- s+ F) W

上图更加形象的说明了

• 信号频率由 TIMx_ARR 寄存器值决定。
• 占空比则由 TIMx_CCRx 寄存器值决定。
  
  
  

0 @4 `5 F, a  h9 r* u

STM32输出PWM的过程：

1、首先配置GPIO，配置定时器，具体参考一下代码。定时器配置参考《STM32基础定时器详解》。

2、捕获/比较通道使能比较通道。

上图看到，①寄存器名字为：Capture/Compare1register。可以选择从②处输入捕获，也可以选择从从③中输出，也就是我们需要的PWM输出功能。选择捕获通道，还是选择比较通道，在框图中没有找到具体的说明，但在TIMx_CCMR1寄存器CC1S[1:0]控制位使能。

3、使能完输出，就要配置PWM输出了

①TIMx_CCMR1寄存器的OC1M[2:0]位,设置输出模式控制器

110：PWM模式1，111：PWM模式2。

/ V6 R* n/ Q: K

6 X4 w- r: @3 r/ Y

②计数器值TIMx_CNT与通道1捕获比较寄存器CCR1进行比较,通过比较结果输出有效电平和无效电平。

+ q$ V% `8 k" x/ x$ {& M

OC1REF=0 无效电平，OC1REF=1无效电平。

③通过输出模式控制器产生的信号。TIMx_CCER寄存器的CC1P位,设置输入/捕获通道1输出极性。

0:高电平有效，1:低电平有效。

) D; k3 V2 T& Y# ~

④TIMx_CCER:CC1E位控制输出使能电路,信号由此输出到对应引脚。

6 y' f( ?3 |' U

0:关闭，1：打开。

首先对PWM模式1和PWM模式2进行介绍：

01 模式1
, }/ `" E2 X' o. o% b. M% T  n/ `7 h  N

在向上计数时，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平；在向上计数时，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为无效电平（OC1REF=0）,否则为有效电平（OC1REF=1）。

02 模式2

在向上计数时，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1时通道1为无效电平，否则为有效电平；在向下计数时，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平。

* `5 C9 A& e7 t9 Z) k  s

TIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平。

PWM输出高低电平由TIMx_CCMR1:OC1M位和TIMx_CCER:CC1P位共同决定。

总结下来：

模式1:

0 Y7 ~& k+ F& L/ ]( h+ m

    CNT<CCR为有效电平//(OC1REF =1)

    CNT>CCR为无效电平//(OC1REF =0)

模式2:

* i  i! P( T7 Q4 i! O

    CNT<CCR为无效电平//(OC1REF =0)

    CNT>CCR为有效电平//(OC1REF =1)

" K2 E# m' G# G7 a

CC1P:

    0:高电平有效

    1:低电平有效

$ q5 k& q2 L0 P5 A% ?+ h0 h04 STM32输出PWM配置
6 m, m2 ~, E( w1 I/ ?

分析了原理，那么下面就分析STM32生成PWM的过程。

& @: n- t1 ~. {. ^7 S& e

1、首先要将GPIO设置为复用输出

1. 
   
2. /* GPIOE clock enable */
   
3. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE,ENABLE);
   ) |! H( y. x4 b* L$ F
4. 
     O1 K0 J( X4 ~, `$ g4 d* w2 ~, r
5. /* GPIOE Configuration: TIM9 CH2(PE6)*/
     a8 l! V9 b+ n) b. Z% U
6. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 |GPIO_Pin_6;
   & p* @: K  |" v
7. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF;
   
8. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_100MHz;
   7 G& H4 W; r" f% S7 L& x! z" J
9. GPIO_InitStructure.GPIO_OType =GPIO_OType_PP;
   ; B# n* i5 S% j) r
10. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    ! A0 j; f. C" C4 E% E) b& P' k4 o
11. GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
    
12. 
    
13. /*Connect TIM9 pins to AF3 */  
    ! H, R2 q; N' A$ T, D  w( t3 l
14. GPIO_PinAFConfig(GPIOE,GPIO_PinSource5, GPIO_AF_TIM9);
    
15. GPIO_PinAFConfig(GPIOE,GPIO_PinSource6, GPIO_AF_TIM9);

复制代码

2、配置定时器向上计数，配置定时器频率

" F% w' m9 G7 V2 h/ W$ L9 B" I

/ W# l  K* I& y

1. 
   9 `$ e5 k7 @/ y& K9 _
2. /* TIM9 clock enable */
   
3. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM9,ENABLE);
   ; K( ]2 ]5 f$ ~
4. 
   
5. /* Compute the prescaler value */
   
6. PrescalerValue= (uint16_t) ((SystemCoreClock) / 2000000) - 1;
   
7. 
   $ T- m% ^8 N8 }* k# u
8. /* Timebase configuration */
     J* l" j' J5 C# e" U
9. TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =1000-1;
   3 ~6 [, w/ r, _" H+ ?. V: B9 Y
10. TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =PrescalerValue;
    
11. TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =0;
    
12. TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode =TIM_CounterMode_Up;
    
13. 
    
14. TIM_TimeBaseInit(TIM9,&TIM_TimeBaseStructure);

复制代码

0 n5 ?! |5 e1 R# j/ c+ ~( H! \( I3、配置PWM输出上面分析过程较为麻烦，ST提供了标准外设库，我们只需要配置TIM_OCInitTypeDef结构体即可。
4 w  t+ D+ o+ {1 r/ ~  ^2 q

1. 
   ' _5 B& i; K7 f# j
2. TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
   3 O7 y2 g% ?7 c  G4 U! y" w
3. 
   + n- }! c  [7 ~. Z2 N
4. /* PWM Modeconfiguration: Channel1 */
   2 K, z# e& G7 l, y8 j; i8 j! ]
5. TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode =TIM_OCMode_PWM1;
   ( x$ Y: N% }& b. h7 K9 u
6. TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState =TIM_OutputState_Enable;
   
7. TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =100-1;
   9 h+ s* m; o# o2 L3 @* V2 o
8. TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity =TIM_OCPolarity_High;
   1 b7 x6 Q8 ~" f- L
9. 
   % p* @5 X5 C% N0 [
10. TIM_OC1Init(TIM9,&TIM_OCInitStructure);
    
11. TIM_OC1PreloadConfig(TIM9,TIM_OCPreload_Enable);

复制代码

TIM_OCInitTypeDef结构体解析

! a: T( Z- O7 L, }" @+ r9 ~

1. 
   $ L8 @' i4 w% _1 Q- b
2. typedef struct
   # ?* p% L3 p$ O6 ~. G5 \/ d, ?% v
3. {
   
4.   uint16_t TIM_OCMode;      //PWM模式1或者模式2
   * J; ?6 _7 o( W. ]: t
5. uint16_t TIM_OutputState; // 输出使能OR失能
   8 I# Q$ }* u/ @- J: e# x
6. uint16_t TIM_OutputNState;  // PWM输出不需要
   
7. uint32_t TIM_Pulse; // 比较值
   & Q: N3 v2 u7 d
8. uint16_t TIM_OCPolarity;// 比较输出极性
   
9.   uint16_t TIM_OCNPolarity;   // PWM输出不需要
   
10.   uint16_t TIM_OCIdleState;// PWM输出不需要
    
11. uint16_t TIM_OCNIdleState; // PWM输出不需要
    ' i: p0 Y  w2 Y" X: z
12. }TIM_OCInitTypeDef;

复制代码

其中TIM_Pulse可以在初始化时设置，设置完毕后，也可以通过以下接口再次更新。

( k3 t2 ~) U# H9 n) Y: |% |: Q

1. 
   
2. void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t Compare1)

复制代码

. n% V  g9 D! P  G2 i& A! b/ ~

7 r( R$ O3 ]) B3 N

4、使能定时器

: I- m2 r& h. o$ y) G5 `6 f& y8 f

1. 
   
2. TIM_ARRPreloadConfig(TIM9, ENABLE);
   ; h1 S9 Y/ K  y  A
3. 
   + N/ Y+ _* }5 v" s) I6 M
4. /* TIM9 enable counter*/
   & Y+ N; |. o6 k
5. TIM_Cmd(TIM9, ENABLE);

复制代码

使用timer9输出PWM的波形。