【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
  
  
  
  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)

4、输出比较通道(通用)

CCR（Capture Compare Register）:捕获比较寄存器

                                                 \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

   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

   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。

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:

图2:

要得到一个1KHZ，占空比50%，分辨率为1%的波形，盘算如下:

程序代码：PWM驱动LED呼吸灯

1. // pwm.c
2. #include "stm32f10x.h"                  // Device header
4. void PWM_Init(void)
5. {
6.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
7.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
8.    
10.    
11.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
12.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出
13.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;        //GPIO_Pin_15;
14.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
15.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
16.    
17.     TIM_InternalClockConfig(TIM2);
18.    
19.     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
20.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
21.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
22.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;        //　ARR
23.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;    //PSC
24.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
25.     TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
26.    
27.     TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
28.     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
29.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;  // 设置输出比较的模式   
30.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; // 设置输出比较的极性
31.     TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  // 设置输出使能
32.     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）
33.     TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
34.    
35.     TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
36. }
38. void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
39. {
40.     TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);
41. }
43. // main.c
44. #include "stm32f10x.h"                  // Device header
45. #include "Delay.h"
46. #include "OLED.h"
47. #include "PWM.h"
49. uint8_t i;
51. int main(void)
52. {
53.     OLED_Init();
54.     PWM_Init();
55.    
56.     while (1)
57.     {
58.         for (i = 0; i <= 100; i++)
59.         {
60.             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
61.             Delay_ms(10);
62.         }
63.         for (i = 0; i <= 100; i++)
64.         {
65.             PWM_SetCompare1(100 - i);
66.             Delay_ms(10);
67.         }
68.     }
69. }

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7、参数盘算

• 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

硬件电路：

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

程序代码：PWM驱动舵机

1. // PWM驱动舵机
2. // pwm.c
3. #include "stm32f10x.h"                  // Device header
5. void PWM_Init(void)
6. {
7.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
8.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
9.    
10.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
11.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
12.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
13.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
14.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  // PA1对应TIM2通道2
15.    
16.     TIM_InternalClockConfig(TIM2);
17.    
18.     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
19.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
20.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
21.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 20000 - 1;        //ARR
22.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;        //PSC
23.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
24.     TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
25.    
26.     TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
27.     TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
28.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
29.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
30.     TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
31.     TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;        //CCR
32.     TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  // 初始化通道2
33.    
34.     TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
35. }
37. void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare)
38. {
39.     TIM_SetCompare2(TIM2, Compare);
40. }
41. // Servo.c  舵机模块
42. #include "stm32f10x.h"                  // Device header
43. #include "PWM.h"
45. void Servo_Init(void)
46. {
47.     PWM_Init();
48. }
50. void Servo_SetAngle(float Angle)
51. {
52.     PWM_SetCompare2(Angle / 180 * 2000 + 500);
53. }
54. // main.c
55. // 按下按键，舵机每次加30°，超180°后重新置0°
56. #include "stm32f10x.h"                  // Device header
57. #include "Delay.h"
58. #include "OLED.h"
59. #include "Servo.h"
60. #include "Key.h"
62. uint8_t KeyNum;
63. float Angle;
65. int main(void)
66. {
67.     OLED_Init();
68.     Servo_Init();
69.     Key_Init();
70.    
71.     OLED_ShowString(1, 1, "Angle:");
72.    
73.     while (1)
74.     {
75.         KeyNum = Key_GetNum();
76.         if (KeyNum == 1)
77.         {
78.             Angle += 30;
79.             if (Angle > 180)
80.             {
81.                 Angle = 0;
82.             }
83.         }
84.         Servo_SetAngle(Angle);
85.         OLED_ShowNum(1, 7, Angle, 3);
86.     }
87. }

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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
  
  
  
  硬件电路：
  

程序代码：PWM驱动直流电机

1. // PWM驱动直流电机
2. // motor.c
3. #include "stm32f10x.h"                  // Device header
4. #include "PWM.h"
6. void Motor_Init(void)
7. {
8.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
9.    
10.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
11.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
12.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
13.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
14.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
15.    
16.     PWM_Init();
17. }
19. void Motor_SetSpeed(int8_t Speed)
20. {
21.     if (Speed >= 0)  // 正转
22.     {
23.         GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);
24.         GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
25.         PWM_SetCompare3(Speed);
26.     }
27.     else   // 反转
28.     {
29.         GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);
30.         GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
31.         PWM_SetCompare3(-Speed);
32.     }
33. }
34. // pwm.c
35. #include "stm32f10x.h"                  // Device header
37. void PWM_Init(void)
38. {
39.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
40.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
41.    
42.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
43.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
44.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
45.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
46.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
47.    
48.     TIM_InternalClockConfig(TIM2);
49.    
50.     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
51.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
52.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
53.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;        //ARR
54.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 36 - 1;        //PSC
55.     TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
56.     TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
57.    
58.     TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
59.     TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
60.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
61.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
62.     TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
63.     TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;        //CCR
64.     TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
65.    
66.     TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
67. }
69. void PWM_SetCompare3(uint16_t Compare)
70. {
71.     TIM_SetCompare3(TIM2, Compare);
72. }
73. // main.c
74. #include "stm32f10x.h"                  // Device header
75. #include "Delay.h"
76. #include "OLED.h"
77. #include "Motor.h"
78. #include "Key.h"
80. uint8_t KeyNum;
81. int8_t Speed;
83. int main(void)
84. {
85.     OLED_Init();
86.     Motor_Init();
87.     Key_Init();
88.    
89.     OLED_ShowString(1, 1, "Speed:");
90.    
91.     while (1)
92.     {
93.         KeyNum = Key_GetNum();
94.         if (KeyNum == 1)
95.         {
96.             Speed += 20;
97.             if (Speed > 100)
98.             {
99.                 Speed = -100;
100.             }
101.         }
102.         Motor_SetSpeed(Speed);
103.         OLED_ShowSignedNum(1, 7, Speed, 3);
104.     }
105. }

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附加：引脚重映射

把TIM2的CH1从PA0重映射到PA15引脚，使用AFIO
使用的函数：

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

配置参数选择：

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

1. 1、把PA15，PB3，PB4当作普通IO使用需配置的
2. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);　// 开启AFIO RCC时钟
3. GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE); // 解除JTAG的使用（PA15，PB3，PB4），，保留SWD的使用
5. 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）
6. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);　// 开启AFIO RCC时钟
7. 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
9. 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）
10. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);　// 开启AFIO RCC时钟
11. 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
12. GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE); // 解除JTAG的使用（PA15，PB3，PB4），，保留SWD的使用

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