定時器PWM輸出功能

1 PWM工作原理

脈沖寬度調(diào)制（PWM：Pulse Width Modulation）是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。廣泛應用于電機控制、燈光的亮度調(diào)節(jié)、功率控制等領域。

1.1 PWM信號的兩個基本參數(shù)

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

1.2 PWM信號的電壓調(diào)節(jié)原理

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

1.3 定時器通道結構

• 時基單元工作于定時模式，預分頻時鐘CK_PSC等于定時器時鐘TIMx_CLK。
• 每個定時器具備1~4個獨立的通道，各個通道具有獨立的 輸入捕獲單元 、捕獲/比較寄存器和 輸出比較單元 ，但共享同一個時基單元。
• x表示定時器編號，每個通道有對應的GPIO引腳作為通道的輸入/輸出引腳，每個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，捕獲方式為上升沿/下降沿/雙邊沿捕獲。發(fā)生捕獲事件時，將此刻計數(shù)器的值鎖存到捕獲比較寄存器中，供用戶讀取，同時可以產(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)生捕獲事件時的當前計數(shù)值；在輸出比較模式下用于存放預設的比較值。該寄存器具備預裝載功能。
• 輸出比較單元： 用于信號輸出。定時器通過將預設的比較值與計數(shù)器的值做匹配比較，以實現(xiàn)各類輸出，如PWM輸出、單脈沖輸出等。預設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

• 實例：假設預分頻時鐘CK_PSC為100MHz，產(chǎn)生周期為1ms，占空比為47.5%的PWM信號。Period = 1ms，可以設置 PSC = 99，ARR = 999，Duty = 47.5%，則 CRR = 475。

定時器的每個通道都可以輸出PWM信號，對于同一個定時器而言，它的多個通道共享同一個自動重載寄存器，因此可以輸出占空比不同，但周期相同的PWM信號。

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：遞增計數(shù)時，當TIMx_CNT (當前計數(shù)值)
• PWM模式2：遞增計數(shù)時，當TIMx_CNT (當前計數(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)輸入事件對通道輸出的影響，默認配置為不使能

接口函數(shù)：

1. 定時器PWM輸出啟動函數(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PWM信號輸出
   入口參數(shù)	htim：定時器句柄的地址
   返回值	HAL狀態(tài)值
   注意事項	1. 該函數(shù)在定時器初始化完成之后調(diào)用2. 函數(shù)需要由用戶調(diào)用，用于啟動定時器的指定通道輸出PWM信號

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

   函數(shù)原型	__HAL_TIM_SET_COMPARE(__HANDLE__, __CHANNEL__, __COMPARE__)
   功能描述	設置捕獲/比較寄存器TIMx_CCR的值。在PWM輸出時， 用于改變PWM 信號的占空比
   入口參數(shù)	HANDLE ： 定時器句柄的地址__CHANNEL__： 定時器通道號， 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	1. 該函數(shù)是宏函數(shù)，進行宏替換，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，改變PWM信號的占空比

任務實踐

用PWM信號控制發(fā)板上的指示燈LED1。設置PWM周期為 20 ms，占空比從0%開始，步進為20%。遞增到100%后，又從0%開始，并重復整個過程。占空比修改的時間間隔為200ms。

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

1. 配置定時器2時鐘源為內(nèi)部時鐘 (8MHz)，通道1配置為PWM輸出模式，設置PSC=799，ARR199，Pulse設置為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 */