STM32基础知识：定时器的PWM输出功能

定时器PWM输出功能

1 PWM工作原理

脉冲宽度调制（PWM：Pulse Width Modulation）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。广泛应用于电机控制、灯光的亮度调节、功率控制等领域。

1.1 PWM信号的两个基本参数

• 周期（Period）： 一个完整PWM波形所持续的时间
• 占空比（Duty）： 高电平持续时间（Ton）与周期时间（Period）的比值

1.2 PWM信号的电压调节原理

• 不同占空比的PWM信号等效于不同的平均电压
• 平均电压 = 峰值 x 占空比

1.3 定时器通道结构

• 时基单元工作于定时模式，预分频时钟CK_PSC等于定时器时钟TIMx_CLK。
• 每个定时器具备1~4个独立的通道，各个通道具有独立的 输入捕获单元 、捕获/比较寄存器和 输出比较单元 ，但共享同一个时基单元。
• x表示定时器编号，每个通道有对应的GPIO引脚作为通道的输入/输出引脚，每个通道可以选择作为输入捕获或者输出比较功能，但是只能二选一。

1.4 功能单元的作用

• 输入捕获单元： 用于捕获外部触发信号，捕获方式为上升沿/下降沿/双边沿捕获。发生捕获事件时，将此刻计数器的值锁存到捕获比较寄存器中，供用户读取，同时可以产生捕获中断。
• 捕获/比较寄存器： TIMx_CCR寄存器在输入捕获模式下用于存放发生捕获事件时的当前计数值；在输出比较模式下用于存放预设的比较值。该寄存器具备预装载功能。
• 输出比较单元： 用于信号输出。定时器通过将预设的比较值与计数器的值做匹配比较，以实现各类输出，如PWM输出、单脉冲输出等。预设的比较值存放在捕获/比较寄存器中。

1.5 PWM输出的工作原理

• 实例：假设预分频时钟CK_PSC为100MHz，产生周期为1ms，占空比为47.5%的PWM信号。Period = 1ms，可以设置 PSC = 99，ARR = 999，Duty = 47.5%，则 CRR = 475。

定时器的每个通道都可以输出PWM信号，对于同一个定时器而言，它的多个通道共享同一个自动重载寄存器，因此可以输出占空比不同，但周期相同的PWM信号。

2 PWM功能的数据类型和接口函数

2.1 输出比较单元

成员变量：

输出比较模式：成员变量OCMode的取值范围

宏常量定义	含义
IM_OCMODE_TIMING	输出比较冻结模式，匹配时无通道输出
TIM_OCMODE_ACTIVE	输出比较冻结模式，匹配时无通道输出
TIM_OCMODE_INACTIVE	匹配时设置通道输出为无效电平
TIM_OCMODE_TOGGLE	匹配时设置通道输出电平翻转
TIM_OCMODE_PWM1	PWM输出模式1
TIM_OCMODE_PWM2	PWM输出模式2
TIM_OCMODE_FORCED_ACTIVE	不进行匹配，强制通道输出为有效电平
TIM_OCMODE_FORCED_INACTIVE	不进行匹配，强制通道输出为无效电平

• PWM模式1：递增计数时，当TIMx_CNT (当前计数值)
• PWM模式2：递增计数时，当TIMx_CNT (当前计数值)

有效电平极性：成员变量OCPolarity的取值范围

宏常量定义	含义
TIM_OCPOLARITY_HIGH	输出有效电平为高电平
TIM_OCPOLARITY_LOW	输出有效电平为低电平

快速输出使能：成员变量OCFastMode的取值范围

宏常量定义	含义
TIM_OCFAST_DISABLE	不使能快速输出模式
TIM_OCPOLARITY_LOWTIM_OCFAST_ENABLE	使能快速输出模式

可以加快触发输入事件对通道输出的影响，默认配置为不使能

接口函数：

1. 定时器PWM输出启动函数：HAL_TIM_PWM_Start

   函数原型	HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
   功能描述	在轮询方式下启动PWM信号输出
   入口参数	htim：定时器句柄的地址
   返回值	HAL状态值
   注意事项	1. 该函数在定时器初始化完成之后调用2. 函数需要由用户调用，用于启动定时器的指定通道输出PWM信号

2. 定时器比较/捕获寄存器设置函数： __HAL_TIM_SET_COMPARE

   函数原型	__HAL_TIM_SET_COMPARE(__HANDLE__, __CHANNEL__, __COMPARE__)
   功能描述	设置捕获/比较寄存器TIMx_CCR的值。在PWM输出时， 用于改变PWM 信号的占空比
   入口参数	HANDLE ： 定时器句柄的地址__CHANNEL__： 定时器通道号， 取值范围是TIM_CHANNEL_1 ~TIM_CHANNEL_4__COMPARE__ ：写入捕获/比较寄存器TIMx_CCR的值
   返回值	无
   注意事项	1. 该函数是宏函数，进行宏替换，不发生函数调用2. 函数需要由用户调用，用于PWM输出时，改变PWM信号的占空比

任务实践

用PWM信号控制发板上的指示灯LED1。设置PWM周期为 20 ms，占空比从0%开始，步进为20%。递增到100%后，又从0%开始，并重复整个过程。占空比修改的时间间隔为200ms。

经过计算可得，可以取值：PSC=799，ARR=199，CRR从0到200，步进值为40。

1. 配置定时器2时钟源为内部时钟 (8MHz)，通道1配置为PWM输出模式，设置PSC=799，ARR199，Pulse设置为0。
   
2. 编写代码
   在main.c中

   /* USER CODE BEGIN PV */
   uint16_t CCR = 0;
   uint16_t Step = 40;
   /* USER CODE END PV */
   
   /* USER CODE BEGIN 2 */
     HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
    /* USER CODE END 2 */
   
   /* USER CODE BEGIN 3 */
       for (CCR = 0; CCR <= 200; CCR = CCR + Step)
       {
         __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_1, CCR);
         HAL_Delay(200);
       }
     }
   /* USER CODE END 3 */