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)。

+ `- [! _( y  e5 x; V

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。

# q0 c1 G# m, i, L! d$ A/ d3 n

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:

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%。

+ j5 }/ v% L8 c

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。

6 n# Y0 h& ?* o3 m

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。

  f. J* A& l* P1 c- p

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。

9 |0 Y# v6 ?+ l

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。

) q5 t2 ^0 ]; B" j0 h7 T

03 STM32输出PWM原理
' X: \8 m& F& ^3 |% n

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。

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

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。
! S6 {: _' x$ v) d5 _

' }# X! C' x; T- Q- s9 N' e4 V9 f1 `

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。

0 R- t; Y4 {4 T- g8 g% B" `8 Z; ~

以向上计数为例，重载值为ARR，比较值为CRRx

' u5 l) O9 o- Q

上图可以看出：
8 {1 [/ _9 k. f! ^2 U

• 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。
  
  & A2 A9 {9 E/ }6 L  ]) O4 q; n
  8 _( G8 z0 j8 j6 J2 ], V

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。

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。
  
    k, q, x5 x1 g( g' L$ H
  : j2 n. s6 N# @$ c4 d

' K# C0 [( D8 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。

! y0 `9 X: H) A4 C" E

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。

4 W  X) z: T, R2 ?$ O, e$ j

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

- ]9 A" i3 d- f7 _$ E/ ^

110：PWM模式1，111：PWM模式2。

+ n1 k0 R% m5 a; e

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。

9 _3 G# O1 Z& G0 ?

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。

④TIMx_CCER:CC1E位控制输出使能电路,信号由此输出到对应引脚。

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

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。

* E8 D5 }1 _4 E1 v( H/ h

TIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平。
3 v7 a- M0 i6 e+ |+ q

7 H% v0 U: g6 n$ p, S- l$ P# N# T7 |

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:

( ^& I) u; t- @8 _2 W  S/ S- s

    CNT<CCR为有效电平//(OC1REF =1)

    CNT>CCR为无效电平//(OC1REF =0)

模式2:

    CNT<CCR为无效电平//(OC1REF =0)

    CNT>CCR为有效电平//(OC1REF =1)

4 K# q  y" n8 a! Z

CC1P:

    0:高电平有效

    1:低电平有效

04 STM32输出PWM配置

分析了原理，那么下面就分析STM32生成PWM的过程。

1、首先要将GPIO设置为复用输出

% b( r3 z1 V2 {0 d2 s

1. 
   3 c2 \- y$ n1 [% A1 q; o
2. /* GPIOE clock enable */
   
3. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE,ENABLE);
   / A2 g5 ?% s7 r* w- \
4. 
   
5. /* GPIOE Configuration: TIM9 CH2(PE6)*/
   ; _5 u7 \0 o# m4 n2 ~$ [9 E
6. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 |GPIO_Pin_6;
   $ Q% q% d" J  }6 N$ ]  [
7. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF;
   ( Y! V" @6 X$ ?# B7 d5 h7 z7 H
8. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_100MHz;
   , f( w9 ~. I* v7 ^
9. GPIO_InitStructure.GPIO_OType =GPIO_OType_PP;
   5 A' j5 R, o% j* r
10. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    : `' Q( Y, S6 a: T- g
11. GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
    
12. 
    
13. /*Connect TIM9 pins to AF3 */  
    0 c% ]: c7 I% N/ a+ x
14. GPIO_PinAFConfig(GPIOE,GPIO_PinSource5, GPIO_AF_TIM9);
    
15. GPIO_PinAFConfig(GPIOE,GPIO_PinSource6, GPIO_AF_TIM9);

复制代码

; h/ l" m: U( D6 ~; q

2、配置定时器向上计数，配置定时器频率

3 k. h1 c) m* k2 q8 j

1. 
   ) Z, c- V; L3 L& \
2. /* TIM9 clock enable */
   
3. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM9,ENABLE);
   7 y6 \; }3 S' x4 Z
4. 
   3 v5 T$ V6 w9 p6 |3 p- t$ H6 [
5. /* Compute the prescaler value */
   ( t* |) V1 X' q; W# E) l& U. _
6. PrescalerValue= (uint16_t) ((SystemCoreClock) / 2000000) - 1;
   
7. 
   ! P) p( V8 M3 w/ A# p! A
8. /* Timebase configuration */
   2 S% t8 Q4 g7 R* e# `# F
9. TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =1000-1;
   2 X* s+ g. h2 c( B5 F) X
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

  F8 w" F5 J3 m: U9 l
3、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。

1. 
   . V/ W( L* C* Y; F! ^  t
2. TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
   ; j4 [% t, r( ~8 u- v3 d  j- T7 E
3. 
   
4. /* PWM Modeconfiguration: Channel1 */
   
5. TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode =TIM_OCMode_PWM1;
   
6. TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState =TIM_OutputState_Enable;
   8 T/ I# d; |( \5 h6 u0 g+ J/ C
7. TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =100-1;
   
8. TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity =TIM_OCPolarity_High;
   
9. 
   
10. TIM_OC1Init(TIM9,&TIM_OCInitStructure);
    ; D+ T& t  G9 \7 E: ~( U( O
11. TIM_OC1PreloadConfig(TIM9,TIM_OCPreload_Enable);

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5 P( ^- n; a* g* t8 ?2 e; `
+ c. r% u% `, I% ~
" `: i/ z7 n  s; `6 w

TIM_OCInitTypeDef结构体解析

! p- r' S9 Y9 a% C4 S) n

1. 
   
2. typedef struct
     h$ Y8 T9 l6 ^8 p! I9 `
3. {
   ) H  J1 ?( M' ]8 s; U; C5 a+ I
4.   uint16_t TIM_OCMode;      //PWM模式1或者模式2
   0 m7 p% P! H( v3 P* E8 _3 V) G
5. uint16_t TIM_OutputState; // 输出使能OR失能
   7 U9 `, I2 l) A" Q( s8 C$ R
6. uint16_t TIM_OutputNState;  // PWM输出不需要
   / F+ W) M! i4 N7 ?' o1 n6 U
7. uint32_t TIM_Pulse; // 比较值
   
8. uint16_t TIM_OCPolarity;// 比较输出极性
   
9.   uint16_t TIM_OCNPolarity;   // PWM输出不需要
   ; h" ^$ a3 G2 K6 D( I1 u, M$ e
10.   uint16_t TIM_OCIdleState;// PWM输出不需要
    
11. uint16_t TIM_OCNIdleState; // PWM输出不需要
    2 e- Q3 W' a7 Y) [+ G5 O
12. }TIM_OCInitTypeDef;

复制代码

2 }/ u& Y, j9 T6 U5 c# A

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。

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

复制代码

4、使能定时器

1. 
   
2. TIM_ARRPreloadConfig(TIM9, ENABLE);
   
3. 
   
4. /* TIM9 enable counter*/
   
5. TIM_Cmd(TIM9, ENABLE);

复制代码

  ~7 @7 }+ n- v' y1 m1 F# b, [

使用timer9输出PWM的波形。

) L, y: B& B6 N6 {; l
6 F( L0 I, J* W$ P" L) z/ T