【stm32】TIM定时器输出比较-PWM驱动LED呼吸灯/舵机/直流电机
一、输出比较简介1、OC（Output Compare）输出比较
[*]输出比较可以通过比较CNT与CCR寄存器值的关系，来对输出电平举行置1、置0或翻转的操作，用于输出肯定频率和占空比的PWM波形
[*]每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输出比较通道
[*]高级定时器的前3个通道额外拥有死区生成和互补输出的功能
2、PWM简介
[*]PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制
[*]在具有惯性的体系中，可以通过对一系列脉冲的宽度举行调制，来等效地获得所需要的模拟参量，常应用于电机控速等范畴
[*]PWM参数：
频率 = 1 / T(S)
占空比 = T(ON) / T(S）
分辨率 = 占空比变化步距
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/613f8de678d749c48c09a2a73967e294.png
占空比决定了PWM等效出来的模拟电压的巨细，占空比越大，等效的模拟电压就越趋近于高电平
如：此时高电平是5V，低电平是0V，50%占空比就等效于中间电压2.5V，20%占空比就等效于1/5处的电压1V
3、输出比较通道(高级)
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/b49240eefebb48a581e35a868a1b2db4.png
4、输出比较通道(通用)
CCR（Capture Compare Register）:捕获比较寄存器
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/05061845fc9145ef9bc5a0f8af1b0be4.png
\quad 左边是CNT计数器和CCR1第一路的捕获/比较寄存器，这两者之间举行比较，当CNT>CCR1，大概CNT=CCR1时，就会给输出模式控制器传一个信号，然后输出模式控制器就会改变它输出OC1REF的高低电平， REF信号现实上就是指图上oc1ref信号的高低电平，ETRF输入，是定时器的一个小功能（不需了解），此时高低电平输出到极性选择上（主模式控制器较少使用），给CC1P寄存器写0，信号走上面那路，就是信号电平不翻转，写1的话，信号走下面那路，信号通过一个非门取反，输出的信号就是输入信号高低电昭雪转的信号，这就是极性选择，即选择是否要把高低电昭雪转，接着走到输出使能电路，选择要不要输出，末了就是OC1引脚，这个引脚就是CH1通道的引脚。
5、输出比较模式
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/06fd7586ca5a47d4a35324e2915e183b.png
解释上图：
冻结即PWM暂停输出，有效电平即高电平，无效电平即低电平
PWM模式2和PWM模式1的区别在于比较值相同时，REF的高低电平相反，由此可以看出PWM模式2现实上就是PWM模式1输出的取反，改变PWM模式1和PWM模式2，就是改变REF电平的极性
6、PWM根本布局
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/23bf8523fb2f41cba7230d00edd52fa4.png
蓝线为CNT值，黄线ARR值，红线为CCR值
占空比受CCR值调控， CCR值越大，占空比越大，反之输出的占空比越小
上图的REF是一个频率可调，占空比也可调的PWM波形
配置好时基单位后CNT自增运行，CCR由程序员自行设定，当CNT在自增运行时，CNT与CCR不断举行比较
配置步调：
1、RCC开启时钟，打开TIM外设和GPIO外设的时钟；
2、配置时基单位，包罗时钟源选择；
3、配置输出比较单位，包罗CCR的值、输出比较模式、极性选择、输出使能等参数；
4、配置GPIO，把PWM对应的GPIO口，初始化为复用推挽输出的配置；
5、运行控制，启动计数器，输出PWIM。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/43a0dbc553e24aaca2998e2bf3fdd2ef.png
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/15c18d532821401d9c8a648e9e426e40.png
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/4da937d971af4941912e3070ca3e2afc.png
配置PWM的GPIO口时需使用复用推挽输出，原因是：
\quad 对于普通的开漏/推挽输出，引脚的控制权是来自于输出数据寄存器（如下图1），假如想让定时器来控制引脚，就需要使用复用开漏/推挽输出的模式，在这里输出数据寄存器将被断开（如下图2），输出控制权将转移给片上外设，通过引脚定义表可知，这里片上外设引脚毗连的是TIM2的CH1通道，所以只有把GPIO设置成复用推挽输出，引脚的控制权才能交给片上外设，PWM波形才能通过引脚输出。
图1:
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/abd3da6d99ad4436b8db9f231aae04ea.png
图2:https://i-blog.csdnimg.cn/direct/76cccef9abf04355866ca74ea7a39615.png
要得到一个1KHZ，占空比50%，分辨率为1%的波形，盘算如下:
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/f6e7b48ff0b443fa9854cebc5e9e1709.png
程序代码：PWM驱动LED呼吸灯
// pwm.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
void PWM_Init(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
TIM_InternalClockConfig(TIM2);
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1; // ARR
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1; //PSC
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure); // 给TIM_OCInitStructure结构体赋初始值，不使用的参数就可不配置
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;// 设置输出比较的模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; // 设置输出比较的极性
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;// 设置输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; // 设置CCR初始值（若使用TIM_SetCompare1函数设置了CCR寄存器的值时，此参数可不设置）
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{
TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);
}
// main.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "PWM.h"
uint8_t i;
int main(void)
{
OLED_Init();
PWM_Init();
while (1)
{
for (i = 0; i <= 100; i++)
{
PWM_SetCompare1(i); // 这里设置的是CCR寄存器的值，占空比是由CCR和ARR共同决定的
Delay_ms(10);
}
for (i = 0; i <= 100; i++)
{
PWM_SetCompare1(100 - i);
Delay_ms(10);
}
}
}
7、参数盘算
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/a7bbf575d8cd4b24bc3ef287b6e01554.png
[*]PWM频率（计数器更新频率公式）： Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)
上图可以看出，PWM的一个周期对应着计数器的一个溢出更新周期，所以PWM的频率就等于计数器的更新频率
[*]PWM占空比： Duty = CCR / (ARR + 1)
30/(99+1) = 30%
[*]PWM分辨率： Reso = 1 / (ARR + 1)
[*]CCR 的值范围是在0到ARR的值范围内，所以CCR的变化范围取决于ARR的值，ARR越大，CCR的范围就越大，对应的分辨率就越大。
[*]上面公式定义的分辨率是占空比最小的变化步距，使用的是ARR的值，ARR值越大，分辨率越小，占空比变化越精致。
8、舵机简介
[*]舵机是一种根据输入PWM信号占空比来控制输出角度的装置
[*]输入PWM信号要求：周期为20ms，高电平宽度为0.5ms~2.5ms
周期为20ms，频率：1/20ms = 50HZ
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/c8acdebe13e742ab86bd95beb52c33ae.png
硬件电路：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/2914aa798ac44a7f894aa5c4c8233441.png
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/f9ba87ba08994067a7428e79482399cc.png
同一个定时器差别通道输出PWM的特点：
\quad 若想要同肯定时器的多通道输出PWM，使用对应通道的函数即可，需要注意的是，对于同一个定时器的差别通道输出的PWM，由于差别通道共用一个计数器，所以这几个通道的频率必须是一样的；这几个通道的占空比由各自的CCR决定，可自行设定；还由于计数器更新，全部PWM同时跳变，所以这几个通道的相位是同步的
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/54d1be9339a14061a95050c874f8b303.png
程序代码：PWM驱动舵机
// PWM驱动舵机
// pwm.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
void PWM_Init(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// PA1对应TIM2通道2
TIM_InternalClockConfig(TIM2);
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 20000 - 1; //ARR
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; //PSC
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //CCR
TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);// 初始化通道2
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare)
{
TIM_SetCompare2(TIM2, Compare);
}
// Servo.c舵机模块
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "PWM.h"
void Servo_Init(void)
{
PWM_Init();
}
void Servo_SetAngle(float Angle)
{
PWM_SetCompare2(Angle / 180 * 2000 + 500);
}
// main.c
// 按下按键，舵机每次加30°，超180°后重新置0°
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Servo.h"
#include "Key.h"
uint8_t KeyNum;
float Angle;
int main(void)
{
OLED_Init();
Servo_Init();
Key_Init();
OLED_ShowString(1, 1, "Angle:");
while (1)
{
KeyNum = Key_GetNum();
if (KeyNum == 1)
{
Angle += 30;
if (Angle > 180)
{
Angle = 0;
}
}
Servo_SetAngle(Angle);
OLED_ShowNum(1, 7, Angle, 3);
}
}
9、直流电机及驱动简介
[*]直流电机是一种将电能转换为机器能的装置，有两个电极，当电极正接时，电机正转，当电极反接时，电机反转
[*]直流电机属于大功率器件，GPIO口无法直接驱动，需要配合电机驱动电路来操作
[*]TB6612是一款双路H桥型的直流电机驱动芯片，可以驱动两个直流电机并且控制其转速和方向
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/e5fd923abd22472ca1f1475b83fd8fe7.png
硬件电路：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/5f627bff9bed4dcb8de3e5300df68c50.png
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/f2db3d8cd4514e3085445f15b7791d0e.png
程序代码：PWM驱动直流电机
// PWM驱动直流电机
// motor.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "PWM.h"
void Motor_Init(void)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
PWM_Init();
}
void Motor_SetSpeed(int8_t Speed)
{
if (Speed >= 0)// 正转
{
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
PWM_SetCompare3(Speed);
}
else // 反转
{
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
PWM_SetCompare3(-Speed);
}
}
// pwm.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
void PWM_Init(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
TIM_InternalClockConfig(TIM2);
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1; //ARR
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 36 - 1; //PSC
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //CCR
TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
void PWM_SetCompare3(uint16_t Compare)
{
TIM_SetCompare3(TIM2, Compare);
}
// main.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Motor.h"
#include "Key.h"
uint8_t KeyNum;
int8_t Speed;
int main(void)
{
OLED_Init();
Motor_Init();
Key_Init();
OLED_ShowString(1, 1, "Speed:");
while (1)
{
KeyNum = Key_GetNum();
if (KeyNum == 1)
{
Speed += 20;
if (Speed > 100)
{
Speed = -100;
}
}
Motor_SetSpeed(Speed);
OLED_ShowSignedNum(1, 7, Speed, 3);
}
}
附加：引脚重映射
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/0915c72cd18442e0b1c5ecc6b4e77d4b.png
把TIM2的CH1从PA0重映射到PA15引脚，使用AFIO
使用的函数：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/582874a285204987bab4e701df7c63f7.png
查数据手册：重映射方式和引脚对应关系，把PA0改到PA15，可以选择部门重映射方式1大概完全重映射
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/88d32f7327424c2bbe9444899030f916.png
配置参数选择：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/7834618270424c0d9f550d5189ad0d01.png
注意：使用引脚重映射时要注意引脚默认复用的是普通GPIO口照旧调试端口，若是调试端口需先关闭调试端口的复用
\quad PA15上电后默认复用为调试端口JTDI，假如要让PA15作为普通的GPIO大概复用定时器的通道，需要先关闭调试端口的复用，使用GPIO_PinRemapConfig函数举行关闭，参照下表
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/216026185b1e4f26b6cea36dd846d535.png
1、把PA15，PB3，PB4当作普通IO使用需配置的
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); // 开启AFIO RCC时钟
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE); // 解除JTAG的使用（PA15，PB3，PB4），，保留SWD的使用
2、重映射定时器或者其他外设的复用引脚需配置的（重映射引脚默认复用端口不是调试端口的情况）
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); // 开启AFIO RCC时钟
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE); // 配置重映射引脚（对照数据手册），选择部分重映射1
3、重映射定时器或者其他外设的复用引脚需配置的（重映射引脚是调试端口的情况）
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); // 开启AFIO RCC时钟
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE); // 配置重映射引脚（对照数据手册），选择部分重映射1
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE); // 解除JTAG的使用（PA15，PB3，PB4），，保留SWD的使用
免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！更多信息从访问主页：qidao123.com:ToB企服之家，中国第一个企服评测及商务社交产业平台。
页:
[1]