定時(shí)器PWM輸出功能

1 PWM工作原理

脈沖寬度調(diào)制（PWM：Pulse Width Modulation）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、燈光的亮度調(diào)節(jié)、功率控制等領(lǐng)域。

1.1 PWM信號(hào)的兩個(gè)基本參數(shù)

• 周期（Period）： 一個(gè)完整PWM波形所持續(xù)的時(shí)間
• 占空比（Duty）： 高電平持續(xù)時(shí)間（Ton）與周期時(shí)間（Period）的比值

1.2 PWM信號(hào)的電壓調(diào)節(jié)原理

• 不同占空比的PWM信號(hào)等效于不同的平均電壓
• 平均電壓 = 峰值 x 占空比

1.3 定時(shí)器通道結(jié)構(gòu)

• 時(shí)基單元工作于定時(shí)模式，預(yù)分頻時(shí)鐘CK_PSC等于定時(shí)器時(shí)鐘TIMx_CLK。
• 每個(gè)定時(shí)器具備1~4個(gè)獨(dú)立的通道，各個(gè)通道具有獨(dú)立的 輸入捕獲單元 、捕獲/比較寄存器和 輸出比較單元 ，但共享同一個(gè)時(shí)基單元。
• x表示定時(shí)器編號(hào)，每個(gè)通道有對(duì)應(yīng)的GPIO引腳作為通道的輸入/輸出引腳，每個(gè)通道可以選擇作為輸入捕獲或者輸出比較功能，但是只能二選一。

1.4 功能單元的作用

• 輸入捕獲單元： 用于捕獲外部觸發(fā)信號(hào)，捕獲方式為上升沿/下降沿/雙邊沿捕獲。發(fā)生捕獲事件時(shí)，將此刻計(jì)數(shù)器的值鎖存到捕獲比較寄存器中，供用戶讀取，同時(shí)可以產(chǎn)生捕獲中斷。
• 捕獲/比較寄存器： TIMx_CCR寄存器在輸入捕獲模式下用于存放發(fā)生捕獲事件時(shí)的當(dāng)前計(jì)數(shù)值；在輸出比較模式下用于存放預(yù)設(shè)的比較值。該寄存器具備預(yù)裝載功能。
• 輸出比較單元： 用于信號(hào)輸出。定時(shí)器通過將預(yù)設(shè)的比較值與計(jì)數(shù)器的值做匹配比較，以實(shí)現(xiàn)各類輸出，如PWM輸出、單脈沖輸出等。預(yù)設(shè)的比較值存放在捕獲/比較寄存器中。

1.5 PWM輸出的工作原理

• 實(shí)例：假設(shè)預(yù)分頻時(shí)鐘CK_PSC為100MHz，產(chǎn)生周期為1ms，占空比為47.5%的PWM信號(hào)。Period = 1ms，可以設(shè)置 PSC = 99，ARR = 999，Duty = 47.5%，則 CRR = 475。

定時(shí)器的每個(gè)通道都可以輸出PWM信號(hào)，對(duì)于同一個(gè)定時(shí)器而言，它的多個(gè)通道共享同一個(gè)自動(dòng)重載寄存器，因此可以輸出占空比不同，但周期相同的PWM信號(hào)。

2 PWM功能的數(shù)據(jù)類型和接口函數(shù)

2.1 輸出比較單元

成員變量：

輸出比較模式：成員變量OCMode的取值范圍

• PWM模式1：遞增計(jì)數(shù)時(shí)，當(dāng)TIMx_CNT (當(dāng)前計(jì)數(shù)值)
• PWM模式2：遞增計(jì)數(shù)時(shí)，當(dāng)TIMx_CNT (當(dāng)前計(jì)數(shù)值)

有效電平極性：成員變量OCPolarity的取值范圍

快速輸出使能：成員變量OCFastMode的取值范圍

可以加快觸發(fā)輸入事件對(duì)通道輸出的影響，默認(rèn)配置為不使能

接口函數(shù)：

1. 定時(shí)器PWM輸出啟動(dòng)函數(shù)：HAL_TIM_PWM_Start

   函數(shù)原型	HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
   功能描述	在輪詢方式下啟動(dòng)PWM信號(hào)輸出
   入口參數(shù)	htim：定時(shí)器句柄的地址
   返回值	HAL狀態(tài)值
   注意事項(xiàng)	1. 該函數(shù)在定時(shí)器初始化完成之后調(diào)用2. 函數(shù)需要由用戶調(diào)用，用于啟動(dòng)定時(shí)器的指定通道輸出PWM信號(hào)

2. 定時(shí)器比較/捕獲寄存器設(shè)置函數(shù)： __HAL_TIM_SET_COMPARE

   函數(shù)原型	__HAL_TIM_SET_COMPARE(__HANDLE__, __CHANNEL__, __COMPARE__)
   功能描述	設(shè)置捕獲/比較寄存器TIMx_CCR的值。在PWM輸出時(shí)， 用于改變PWM 信號(hào)的占空比
   入口參數(shù)	HANDLE ： 定時(shí)器句柄的地址__CHANNEL__： 定時(shí)器通道號(hào)， 取值范圍是TIM_CHANNEL_1 ~TIM_CHANNEL_4__COMPARE__ ：寫入捕獲/比較寄存器TIMx_CCR的值
   返回值	無
   注意事項(xiàng)	1. 該函數(shù)是宏函數(shù)，進(jìn)行宏替換，不發(fā)生函數(shù)調(diào)用2. 函數(shù)需要由用戶調(diào)用，用于PWM輸出時(shí)，改變PWM信號(hào)的占空比

任務(wù)實(shí)踐

用PWM信號(hào)控制發(fā)板上的指示燈LED1。設(shè)置PWM周期為 20 ms，占空比從0%開始，步進(jìn)為20%。遞增到100%后，又從0%開始，并重復(fù)整個(gè)過程。占空比修改的時(shí)間間隔為200ms。

經(jīng)過計(jì)算可得，可以取值：PSC=799，ARR=199，CRR從0到200，步進(jìn)值為40。

1. 配置定時(shí)器2時(shí)鐘源為內(nèi)部時(shí)鐘 (8MHz)，通道1配置為PWM輸出模式，設(shè)置PSC=799，ARR199，Pulse設(shè)置為0。
   
2. 編寫代碼
   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 */