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STM32的PWM精讲(免费下载).pdf
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更新于2023-03-16
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通过对TIM1 定时器进行控制,使之各通道输出插入死区的互补PWM 输出, 各通道输出频率均为17.57KHz。其中,通道1 输出的占空比为50%,通道2 输出 的占空比为25%,通道3 输出的占空比为12.5%。各通道互补输出为反相输出。 TIM1 定时器的通道1 到4 的输出分别对应PA.08、PA.09、PA.10 和PA.11 引脚,而通道1 到3 的互补输出分别对应PB.13、PB.14 和PB.15 引脚,中止输 入引脚为PB.12。将这些引脚分别接入示波器,在示波器上观查相应通道占空比 的方波[12]。
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STM32 的 PWM 精讲
通过对 TIM1 定时器进行控制,使之各通道输出插入死区的互补 PWM 输出,
各通道输出频率均为 17.57KHz。其中,通道 1 输出的占空比为 50%,通道 2 输出
的占空比为 25%,通道 3 输出的占空比为 12.5%。各通道互补输出为反相输出。
TIM1 定时器的通道1到4的输出分别对应 PA.08、PA.09、PA.10 和 PA.11
引脚,而通道1到3的互补输出分别对应 PB.13、PB.14 和 PB.15 引脚,中止输
入引脚为 PB.12。将这些引脚分别接入示波器,在示波器上观查相应通道占空比
的方波
[12]
。
配置好各通道后, 编译运行工程;点击 MDK 的 Debug 菜单,点击 Start/Stop
Debug Session;通过示波器察看 PA.08、PA.09、PA.10、PB.13、PB.14、PB.15
的输出波形,其中 PA.08 和 PB.13 为第一通道和互补通道,PB.09 和 PB.14 为第
二通道和其互补通道,PB.10 和 PB.15 为第三通道和其互补通道;第一通道显示
占空比为 50%,第二通道占空比为 25%,第三通道占空比为 12.5%。
第 2 章 STM32 处理器概述
STM32F103xx 增强型系列产品中内置了多达 3 个同步的标准定时器。每个定
时器都有一个 16 位的自动加载递加/递减计数器、一个 16 位的预分频器和 4 个
独立的通道,每个通道都可用于输入捕获、输出比较、PWM 和单脉冲模式输出,
在最大的封装配置中可提供最多 12 个输入捕获、输出比较或 PWM 通道。它们还
能通过定时器链接功能与高级控制定时器共同工作,提供同步或事件链接功能。
在调试模式下,计数器可以被冻结。任一个标准定时器都能用于产生 PWM
输出。每个定时器都有独立的 DMA 请求机制。
2.4.2高级控制定时器
[22]
高级控制定时器(TIM1)由一个 16 位的自动装载计数器组成,它由一个可
编程预分频器驱动。它适合多种用途,包含测量输入信号的脉冲宽度(输入捕获),
或者产生输出波形(输出比较,PWM,嵌入死区时间的互补 PWM 等)。
使用定时器预分频器和 RCC 时钟控制预分频器,可以实现脉冲宽度和波形
周期从几个微秒至几个毫秒的调节。高级控制(TIM1)和通用(TIMx)定时器是完全
2
独立的,它们不共享任何资源,它们可以同步操作。
高级控制定时器(TIM1)可以被看成是一个分配到 6 个通道的三相 PWM 发生
器,它还可以被当成一个完整的通用定时器。四个独立的通道可以用于:
·输入捕获 ;
·输出比较 ;
·产生 PWM(边缘或中心对齐模式) ;
·单脉冲输出 ;
·反相 PWM 输出,具有程序可控的死区插入功能;
配置为 16 位标准定时器时,它与 TIMx 定时器具有相同的功能。配置为 16
位 PWM 发生器时,它具有全调制能力(0~100%)。
在调试模式下,计数器可以被冻结。很多功能都与标准的 TIM 定时器相同,
内部结构也相同,因此高级控制定时器可以通过定时器链接功能与 TIM 定时器协
同操作,提供同步或事件链接功能。
TIM1 定时器的功能包括:
·16 位上,下,上/下自动装载计数器 ;
·16 位可编程预分频器,计数器时钟频率的分频系数为 1~65535 之间的
任意数值;
·4 个独立通道:
−输入捕获 ;
−输出比较;
−PWM 生成(边缘或中间对齐模式);
−单脉冲模式输出 ;
−死区时间可编程的互补输出。
·使用外部信号控制定时器和定时器互连的同步电路;
·在指定数目的计数器周期之后更新定时器寄存器;
·刹车输入信号可以将定时器输出信号置于复位状态或者一个已知状态;
·如下事件发生时产生中断/DMA:
− 更新:计数器向上溢出/向下溢出,计数器初始化(通过软件或者内部
3
/外部触发);
− 触发事件(计数器启动,停止,初始化或者由内部/外部触发计数);
− 输入捕获;
− 输出比较;
− 刹车信号输入。
时基单元
可编程高级控制定时器的主要部分是一个 16 位计数器和与其相关的自动
装载寄存器。这个计数器可以向上计数、向下计数或者向上向下双向计数。此计
数器时钟由预分频器分频得到。
计数器、自动装载寄存器和预分频器寄存器可以由软件读写,即使计数器还
在运行读写仍然有效。
时基单元包含:
·计数器寄存器(TIM1_CNT);
·预分频器寄存器 (TIM1_PSC);
·自动装载寄存器 (TIM1_ARR);
·周期计数寄存器 (TIM1_RCR);
自动装载寄存器是预先装载的。写或读自动重装载寄存器将访问预装载寄存
器。根据在 TIM1_CR1 寄存器中的自动装载预装载使能位(ARPE)的设置,预装载
寄存器的内容被永久地或在每次的更新事件 UEV 时传送到影子寄存器。当计数
器达到溢出条件(向下计数时的下溢条件)并当 TIM1_CR1 寄存器中的 UDIS 位等
于 0 时,产生更新事件。更新事件也可以由软件产生。随后会详细描述每一种
配置下更新事件的产生。
计数器由预分频器的时钟输出 CK_CNT 驱动,仅当设置了计数器 TIM1_CR1
寄存器中的计数器使能位(CEN)时,CK_CNT 才有效。(有关更多的计数器使能的
细节,请参见控制器的从模式描述)。
注:真正的计数器使能信号 CNT_EN 是在 CEN 后的一个时钟周期后被设置。
预分频器描述 。
预分频器可以将计数器的时钟频率按 1 到 65536 之间的任意值分频。它是
4
基于一个(在 TIM1_PSC 寄存器中的)16 位寄存器控制的 16 位计数器。因为这个
控制寄存器带有缓冲器,它能够在工作时被改变。新的预分频器的参数在下一次
更新事件到来时被采用。
图 2-4 和 图 2-5 给出了一些在预分频器工作时,更改其参数的情况下计数器
操作的例子。
图 2-4 当预分频器的参数从 1 变到 2 时,计数器的时序图
图 2-5 当预分频器的参数从 1 变到 4 时,计数器的时序图
2.4.3小结
经过比较和针对设计需要,使用定时器预分频器和 RCC 时钟控制预分频器,
5
可以实现脉冲宽度和波形周期从几个微秒至几个毫秒的调节。高级控制(TIM1)
和通用(TIMx)定时器是完全独立的,不共享任何资源,可以同步操作。 高级控
制定时器(TIM1)还可以被看成是一个分配到 6 个通道的三相 PWM 发生器,它还可
以被当成一个完整的通用定时器。因此该设计选择高级控制定时器(TIM1)。
PWM 概述
PWM 是 Pulse Width Modulation 的缩写,中文意思就是脉冲宽度调制,简
称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有
效的技术,其控制简单、灵活和动态响应好等优点而成为电力电子技术最广泛应
用的控制方式,其应用领域包括测量,通信,功率控制与变换,电动机控制、
伺服控制、调光、开关电源,甚至某些音频放大器,因此研究基于 PWM 技
术的正负脉宽数控调制信号发生器具有十分重要的现实意义。
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。
多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高 10Hz,通
常调制频率为 1kHz 到 200kHz 之间。占空比是接通时间与周期之比;调制频率为
周期的倒数。
目前,运动控制系统或电动机控制系统中实现PWM的方法主要有传统的数字
电路方式、专用的PWM集成电路、单片机实现方式和可编程逻辑器件实现方式。
用传统的数字电路实现PWM,电路设计较复杂,体积大,抗干扰能力差,系统的
控制周期较长。专用的PWM集成电路或带有PWM的单片机价格较高。对于单片机中
无PWM输出功能的情况,实现PWM将消耗大量的时间,大大降低了CPU的效率,而
且得到的PWM信号精度不太高
[15]
。
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