STM32定时器PWM S曲线

在STM32中实现PWM输出S曲线可通过以下步骤完成，结合定时器功能和数学计算，确保运动控制的平滑性：

1. S曲线原理

S曲线通过平滑的速度变化实现加速和减速，其加速度连续（无阶跃），减少机械冲击。数学上常用三次多项式或正弦函数描述，例如速度曲线： [ v(t) = V{max} \cdot \left(1 - \cos\left(\frac{\pi t}{T}\right)\right) / 2 ] 或 [ v(t) = V{max} \cdot \left(3\left(\frac{t}{T}\right)^2 - 2\left(\frac{t}{T}\right)^3\right) ]

2. 实现步骤

a. 配置定时器PWM模式

选择定时器（如TIM1/TIM2），配置为PWM模式1/模式2。
设置预分频器（PSC）和自动重装载值（ARR），确定PWM频率（如20kHz）： [ \text{PWM频率} = \frac{\text{定时器时钟}}{(\text{PSC}+1)(\text{ARR}+1)} ]
启用PWM输出通道（如CH1），设置极性。

b. 生成S曲线数据

方法1：预计算查表法
1. 定义加速时间( T )和采样点数( N )。
2. 计算每个时间点( t_i )对应的占空比： [ \text{CCR}_i = \text{ARR} \cdot \left(3\left(\frac{t_i}{T}\right)^2 - 2\left(\frac{t_i}{T}\right)^3\right) ]
3. 将结果存储为整数数组，适用于资源有限的场景。
方法2：动态计算法 在中断中实时计算CCR值，适合动态调整参数的场景，但需较高计算能力。

c. 更新CCR值

DMA传输（推荐）：配置DMA循环模式，将预计算的数组自动传输到CCR寄存器，实现无CPU干预的平滑更新。
定时器中断：在更新中断中手动更新CCR值，适合低频率或低点数场景。

3. 代码示例（基于HAL库）

// 1. 定时器PWM初始化
TIM_HandleTypeDef htim;
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;

htim.Instance = TIM1;
htim.Init.Prescaler = 71;                 // 72MHz/(71+1)=1MHz
htim.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim.Init.Period = 999;                   // ARR=999 → PWM频率=1MHz/(999+1)=1kHz
HAL_TIM_PWM_Init(&htim);

sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse = 0;                      // 初始占空比0%
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim, TIM_CHANNEL_1);

// 2. 生成S曲线数组
#define NUM_POINTS 1000
uint16_t s_curve[NUM_POINTS];
float T = 2.0; // 加速时间2秒
float dt = T / NUM_POINTS;

for (int i = 0; i < NUM_POINTS; i++) {
    float t = i * dt;
    float ratio = t / T;
    float duty = 3 * ratio * ratio - 2 * ratio * ratio * ratio; // 三次曲线
    s_curve[i] = (uint16_t)(duty * 999); // ARR=999
}

// 3. 使用DMA传输（以TIM1_CH1为例）
HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim, TIM_CHANNEL_1, (uint32_t*)s_curve, NUM_POINTS);