STM32 PWM输出

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本文将介绍通过STM32的定时器输出PWM，关于定时器的基础功能不再详解。
9 W. [, U6 l. j) I' J2 k2 o' B

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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)。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。
/ E& i9 i1 j, c占空比定义：占空比就是高电平所占整个周期的时间
+ u$ T; F1 y/ c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%。
' ?7 W9 U* [9 O' G6 ?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。
( z/ K; y5 L& [9 d0 R- T! hPWM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

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02、STM32的管脚复用
1 g5 R# J% A. a5 ?5 @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。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。
0 L' D6 o$ t2 W2 h+ C

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03、STM32输出PWM原理本文将重点在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。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。

- Z, o9 L+ f; j8 ?, J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
+ {, k0 K# l- p* `: O0 N. S) J& ZSTM32输出PWM的过程：
& `! s* p* N3 Z" g$ q& A
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
' b& d6 Q& e6 a* [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
& [2 Q& D$ \! i/ u* J
110：PWM模式1，111：PWM模式2。
# F' [+ I$ `) _4 X* ]9 H
/ j- D/ P1 D8 x②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。
* R  d4 ?2 E  s( c1 Q3 j
OC1REF=0 无效电平，OC1REF=1无效电平。

; I5 v* {6 {. o+ o& V③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。

- p2 i/ P5 u2 D( K& c; e4 x. F0:高电平有效，1:低电平有效。
/ f( x: N# v" o. b; P$ i
④TIMx_CCER:CC1E位控制输出使能电路,信号由此输出到对应引脚。
. P( A. D7 ~1 X
( h' V! X% w! ]9 U0:关闭，1：打开。
: D9 ^! j6 [6 i5 l
) L# d  z9 `  a首先对PWM模式1和PWM模式2进行介绍：

模式1
9 ^9 d/ B, q0 K. q) V9 f: J9 m
  ]+ k7 k) D2 F( m$ B  b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）。
. o% k; y3 L3 N) h8 ]
模式2
1 D( t. J8 F0 e# T
3 s- C. m4 p% B  [' d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。
7 M+ X' V" e$ s( J' F: _
2 i! b1 u* a3 Y" S6 z/ \, G3 xTIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平。

5 S6 Z* c! d' z, oPWM输出高低电平由TIMx_CCMR1:OC1M位和TIMx_CCER:CC1P位共同决定。

总结下来：
: _' y$ s+ J3 W' A  G5 N. a% o% q2 Y
7 J" _: D5 |, f2 _2 h# f模式1:

CNT<CCR为有效电平//(OC1REF =1)
9 v" i1 ?( h/ `/ u
1 V6 Q3 o8 T2 i7 a/ n' OCNT>CCR为无效电平//(OC1REF =0)

: ?" l3 n( u8 Y* M" o1 ]* `/ |模式2:

CNT<CCR为无效电平//(OC1REF =0)
  V. G/ `: ?& l" B0 m1 y
1 C2 S4 R) ?; W5 P2 V* F) WCNT>CCR为有效电平//(OC1REF =1)
' K! w4 T0 x, ~7 \
CC1P:
4 I+ l1 j2 T4 ]- E9 V
0:高电平有效

1:低电平有效