第十四章 PWM输出实验

上一章，我们介绍了STM32的通用定时器TIM3，用该定时器的中断来控制DS1的闪烁，这一章，我们将向大家介绍如何使用STM32的TIM3来产生PWM输出。在本章中，我们将使用TIM3的通道2，把通道2重映射到PB5，产生PWM来控制DS0的亮度。本章分为如下几个部分： 14.1 PWM简介 14.2 硬件设计 14.3 软件设计 14.4 下载验证

14.1 PWM简介

脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，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。简单一点，就是对脉冲宽度的控制。 STM32的定时器除了TIM6和7。其他的定时器都可以用来产生PWM输出。其中高级定时器TIM1和TIM8可以同时产生多达7路的PWM输出。而通用定时器也能同时产生多达4路的PWM输出，这样，STM32最多可以同时产生30路PWM输出！这里我们仅使用TIM3的CH2产生一路PWM输出。如果要产生多路输出，大家可以根据我们的代码稍作修改即可。 要使STM32的通用定时器TIMx产生PWM输出，除了上一章介绍的寄存器外，我们还会用到3个寄存器，来控制PWM的。这三个寄存器分别是：捕获/比较模式寄存器（TIMx_CCMR1/2）、捕获/比较使能寄存器（TIMx_CCER）、捕获/比较寄存器（TIMx_CCR1~4）。接下来我们简单介绍一下这三个寄存器。 首先是捕获/比较模式寄存器（TIMx_CCMR1/2），该寄存器总共有2个，TIMx _CCMR1和TIMx _CCMR2。TIMx_CCMR1控制CH1和2，而TIMx_CCMR1控制CH3和4。该寄存器的各位描述如图14.1.1所示：
图14.1.1 TIMx_CCMR1寄存器各位描述 该寄存器的有些位在不同模式下，功能不一样，所以在图14.1.1中，我们把寄存器分了2层，上面一层对应输出而下面的则对应输入。关于该寄存器的详细说明，请参考《STM32参考手册》第288页，14.4.7一节。这里我们需要说明的是模式设置位OCxM，此部分由3位组成。总共可以配置成7种模式，我们使用的是PWM模式，所以这3位必须设置为110/111。这两种PWM模式的区别就是输出电平的极性相反。 接下来，我们介绍捕获/比较使能寄存器（TIMx_CCER），该寄存器控制着各个输入输出通道的开关。该寄存器的各位描述如图14.1.2所示：
图14.1.2 TIMx_ CCER寄存器各位描述 该寄存器比较简单，我们这里只用到了CC2E位，该位是输入/捕获2 输出使能位，要想PWM从IO口输出，这个位必须设置为1，所以我们需要设置该位为1。该寄存器更详细的介绍了，请参考《STM32参考手册》第292页，14.4.9这一节。 最后，我们介绍一下捕获/比较寄存器（TIMx_CCR1~4），该寄存器总共有4个，对应4个输通道CH1~4。因为这4个寄存器都差不多，我们仅以TIMx_CCR1为例介绍，该寄存器的各位描述如图14.1.3所示：
图14.1.3 寄存器TIMx_ CCR1各位描述 在输出模式下，该寄存器的值与CNT的值比较，根据比较结果产生相应动作。利用这点，我们通过修改这个寄存器的值，就可以控制PWM的输出脉宽了。本章，我们使用的是TIM3的通道2，所以我们需要修改TIM3_CCR2以实现脉宽控制DS0的亮度。 我们要使用TIM3的CH2输出PWM来控制DS0的亮度，但是TIM3_CH2默认是接在PA7上面的，而我们的DS0接在PB5上面，如果普通MCU，可能就只能用飞线把PA7飞到PB5上来实现了，不过，我们用的是STM32，它比较高级，可以通过重映射功能，把TIM3_CH2映射到PB5上。 STM32的重映射控制是由复用重映射和调试IO配置寄存器（AFIO_MAPR）控制的，该寄存器的各位描述如图14.1.4所示：
图14.1.4 寄存器AFIO_MAPR各位描述 我们这里用到的是TIM3的重映射，从上图可以看出，TIM3_REMAP是由[11:10]这2个位控制的。TIM3_REMAP[1:0]重映射控制表如表14.1.1所示：
表14.1.1 TIM3_REMAP重映射控制表 默认条件下，TIM3_REMAP[1:0]为00，是没有重映射的，所以TIM3_CH1~TIM3_CH4分别是接在PA6、PA7、PB0和PB1上的，而我们想让TIM3_CH2映射到PB5上，则需要设置TIM3_REMAP[1:0]=10，即部分重映射，这里需要注意，此时TIM3_CH1也被映射到PB4上了。 至此，我们把本章要用的几个相关寄存器都介绍完了，本章要实现通过重映射TIM3_CH2到PB5上，由TIM3_CH2输出PWM来控制DS0的亮度。下面我们介绍配置步骤： 1）开启TIM3时钟，配置PB5为复用输出。 要使用TIM3，我们必须先开启TIM3的时钟(通过APB1ENR设置)，这点相信大家看了这么多代码，应该明白了。这里我们还要配置PB5为复用输出，这是因为TIM3_CH2通道将重映射到PB5上，此时，PB5属于复用功能输出。 2）设置TIM3_CH2重映射到PB5上。 因为TIM3_CH2默认是接在PA7上的，所以我们需要设置TIM3_REMAP为部分重映射（通过AFIO_MAPR配置），让TIM3_CH2重映射到PB5上面。 3）设置TIM3的ARR和PSC。 在开启了TIM3的时钟之后，我们要设置ARR和PSC两个寄存器的值来控制输出PWM的周期。当PWM周期太慢（低于50Hz）的时候，我们就会明显感觉到闪烁了。因此，PWM周期在这里不宜设置的太小。 4）设置TIM3_CH2的PWM模式。 接下来，我们要设置TIM3_CH2为PWM模式（默认是冻结的），因为我们的DS0是低电平亮，而我们希望当CCR2的值小的时候，DS0就暗，CCR2值大的时候，DS0就亮，所以我们要通过配置TIM3_CCMR1的相关位来控制TIM3_CH2的模式。 5）使能TIM3的CH2输出，使能TIM3。 在完成以上设置了之后，我们需要开启TIM3的通道2输出以及TIM3。前者通过TIM3_CCER1来设置，是单个通道的开关，而后者则通过TIM3_CR1来设置，是整个TIM3的总开关。只有设置了这两个寄存器，这样我们才能在TIM3的通道2上看到PWM波输出。 6）修改TIM3_CCR2来控制占空比。 最后，在经过以上设置之后，PWM其实已经开始输出了，只是其占空比和频率都是固定的，而我们通过修改TIM3_CCR2则可以控制CH2的输出占空比。继而控制DS0的亮度。 通过以上6个步骤，我们就可以控制TIM3的CH2输出PWM波了。这里特别提醒一下大家，高级定时器虽然和通用定时器类似，但是高级定时器要想输出PWM，必须还要设置一个MOE位(TIMx_BDTR的第15位)，以使能主输出，否则不会输出PWM!!

14.2 硬件设计

本实验用到的硬件资源有： 1）  指示灯DS0 2）  定时器TIM3 这两个前面都有介绍，但是我们这里用到了TIM3的部分重映射功能，把TIM3_CH2直接映射到了PB5上，而通过前面的学习，我们知道PB5和DS0是直接连接的，所以电路上并没有任何变化。

14.3 软件设计

本章，我们依旧是在前一章的基础上修改代码，先打开之前的工程，然后我们在上一章的基础上，在timer.c里面加入如下代码： //TIM3 PWM部分初始化 //PWM输出初始化 //arr：自动重装值 //psc：时钟预分频数 void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc) {                                                       RCC->APB1ENR|=1<<1;            //TIM3时钟使能           RCC->APB2ENR|=1<<3;         //使能PORTB时钟              GPIOB->CRL&=0XFF0FFFFF;   //PB5输出        GPIOB->CRL|=0X00B00000;      //复用功能输出               RCC->APB2ENR|=1<<0;         //开启辅助时钟               AFIO->MAPR&=0XFFFFF3FF;  //清除MAPR的[11:10]        AFIO->MAPR|=1<<11;           //部分重映像,TIM3_CH2->B5        TIM3->ARR=arr;                        //设定计数器自动重装值        TIM3->SC=psc;                        //预分频器不分频         TIM3->CCMR1|=7<<12;            //CH2 PWM2模式               TIM3->CCMR1|=1<<11;             //CH2预装载使能           TIM3->CCER|=1<<4;               //OC2 输出使能              TIM3->CR1=0x0080;                //ARPE使能        TIM3->CR1|=0x01;                  //使能定时器3                                                         }  此部分代码包含了上面介绍的PWM输出设置的前5个步骤。这里我们关于TIM3的设置就不再说了，这里提醒下：在配置AFIO相关寄存器的时候，必须先开启辅助功能时钟。 接着我们修改timer.h如下： #ifndef __TIMER_H #define __TIMER_H #include "sys.h" //通过改变TIM3->CCR2的值来改变占空比，从而控制LED0的亮度 #define LED0_PWM_VAL TIM3->CCR2 void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc); void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc); #endif 这里头文件与上一章的不同是加入了TIM3_PWM_Init的声明以及宏定义了TIM3通道2的输入/捕获寄存器。通过这个宏定义，我们可以在其他文件里面修改LED0_PWM_VAL的值，就可以达到控制LED0的亮度的目的了。也就是实现了前面介绍的最后一个步骤。 接下来，我们修改主程序里面的main函数如下： int main(void) {                                                                     u16 led0pwmval=0;           u8 dir=1;        Stm32_Clock_Init(9);    //系统时钟设置        uart_init(72,9600);      //串口初始化为9600        delay_init(72);                  //延时初始化        LED_Init();                 //初始化与LED连接的硬件接口        BEEP_Init();                //初始化蜂鸣器端口        KEY_Init();           //初始化与按键连接的硬件接口       TIM3_PWM_Init(899,0);      //不分频。PWM频率=72000/(899+1)=80Khz      while(1)        {              delay_ms(10);               if(dir)led0pwmval++;               else led0pwmval--;              if(led0pwmval>300)dir=0;               if(led0pwmval==0)dir=1;                                                       LED0_PWM_VAL=led0pwmval;            } } 这里，我们从死循环函数可以看出，我们控制LED0_PWM_VAL的值从0变到300，然后又从300变到0，如此循环，因此DS0的亮度也会跟着从暗变到亮，然后又从亮变到暗。至于这里的值，我们为什么取300，是因为PWM的输出占空比达到这个值的时候，我们的LED亮度变化就不大了（虽然最大值可以设置到899），因此设计过大的值在这里是没必要的。至此，我们的软件设计就完成了。

14.4 下载验证

在完成软件设计之后，将我们将编译好的文件下载到战舰STM32开发板上，观看其运行结果是否与我们编写的一致。如果没有错误，我们将看DS0不停的由暗变到亮，然后又从亮变到暗。每个过程持续时间大概为3秒钟左右。 实际运行结果如下图14.4.1所示：
图14.4.1 PWM控制DS0亮度