【STM32】定时器与PWM的LED控制

目录

  • 一、定时器控制LED周期性亮灭
    • （一）定时器
      • 1.STM32F103定时器分类及区别
      • 2.通用定时器主要功能
      • 3.通用定时器工作过程
    • （二）STM32CubeMX创建工程
    • （三）代码实现
    • （四）实验结果
  • 二、PWM模式控制LED呼吸灯
    • （一）PWM工作原理
      • 1.PWM一个周期
      • 2.PWM输出模式区别
      • 3.PWM的计数模式
    • （二）STM32CubeMX创建工程
    • （三）代码实现
    • （四）实验结果
  • 参考链接

一、定时器控制LED周期性亮灭

（一）定时器

1.STM32F103定时器分类及区别

STM32F103一共有8个定时器TIM1~TIM8。STM32的定时器分为基本定时器、通用定时器和高等定时器。

①TIM6、TIM7（基本定时器）：基本定时器是只能向上计数的16位定时器，基本定时器只能有定时的功能，没有外部IO口，所以没有捕获和比较通道。

②TIM2、TIM3、TIM4、TIM5（通用定时器）：通用定时器是可以向上计数，也可以向下计数的16位定时器。通用定时器可以定时、输出比较、输入捕捉，每个通用定时器具有4个外部IO口。

③TIM1、TIM8（高级定时器）：高级定时器是是可以向上计数，也可以向下计数的16位定时器。高等定时器可以定时、输出比较、输入捕捉、还可以输出三相电机互补信号，每个高等定时器有8个外部IO口。

此次主要使用通用定时器，故后续了解以通用定时器为主

2.通用定时器主要功能

通用TIMx (TIM2、TIM3、TIM4和TIM5)定时器功能包括：

● 16位向上、向下、向上/向下自动装载计数器

● 16位可编程(可以实时修改)预分频器，计数器时钟频率的分频系数为1～65536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

● 使用外部信号控制定时器和定时器互连的同步电路

● 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/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

● 支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路

通用定时器计数模式：①向上计数 ②向下计数 ③中心对齐

3.通用定时器工作过程

从时钟源产生框可以看到

定时器时钟有四种来源:
● 内部时钟(CK_INT)
● 外部时钟模式1：外部输入脚(TIx) (输入捕获的引脚)
● 外部时钟模式2：外部触发输入(ETR)
● 内部触发输入(ITRx)：（定时器级联）使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器，如可以配置一个定时器Timer1而作为另一个定时器Timer2的预分频器。

产生CK_PSC时钟，然后在从模式控制器内设置好计数模式（向上向下），再经过预分频器产生CK_CNT，若为CNT计数器向下计数，则当其计数到0时，自动重装载寄存器会重新为CNT计数器装载新值重新递减计数，并产生一个更新事件。

时基单元：
● 计数器寄存器(TIMx_CNT)
● 预分频器寄存器 (TIMx_PSC)
● 自动装载寄存器 (TIMx_ARR)
输入捕获：信号通过捕获通道进入，经滤波，经分频，到捕获比较寄存器。（经输入捕获与输出比较的四个通道其实是一个）

（二）STM32CubeMX创建工程

在这里插入图片描述
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这里我们 arr=4999 psc=6399 Tclk=16Mhz Tout = (5000*6400)/16 us = 2s
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

（三）代码实现

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

在这里插入图片描述

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{static unsigned char ledState = 0;if (htim == (&htim2)){if (ledState == 0)HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_RESET);elseHAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_SET);ledState = !ledState;}
}

在这里插入图片描述

（四）实验结果

在这里插入图片描述

二、PWM模式控制LED呼吸灯

（一）PWM工作原理

脉冲宽度调制（Pulse width modulation，PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。

STM32的每个通用定时器都有独立的4个通道可以用来作为：输入捕获、输出比较、PWM输出、单脉冲模式输出等。

STM32的定时器除了TIM6和TIM7（基本定时器）之外，其他的定时器都可以产生PWM输出。其中，高级定时器TIM1、TIM8可以同时产生7路PWM输出。
在这里插入图片描述

1.PWM一个周期

  • 定时器从0开始向上计数
  • 当0-t1段,定时器计数器TIMx_CNT值小于CCRx值,输出低电平
  • t1-t2段,定时器计数器TIMx_CNT值大于CCRx值,输出高电平
  • 当TIMx_CNT值达到ARR时,定时器溢出,重新向上计数…循环此过程
  • 至此一个PWM周期完成

每个定时器有四个通道，每一个通道都有一个捕获比较寄存器。
将寄存器值和计数器值比较，通过比较结果输出高低电平，便 可以实现脉冲宽度调制模式（PWM信号）。
向上计数：
在这里插入图片描述
假定定时器工作在向上计数 PWM模式：

当 CNT<CCRx 时，输出 0
当 CNT>=CCRx 时输出 1
当 CNT 达到 ARR 值的时候，重新归零，然后重新向上计数，依次循环。

改变 CCRx 的值，就可以改变 PWM 输出的占空比，改变 ARR 的值，就可以改变 PWM 输出的频率。

2.PWM输出模式区别

PWM模式1：在向上计数时，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平；在向下计数时，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为无效电平(OC1REF=0)，否则为有效电平(OC1REF=1)
PWM模式2：在向上计数时，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1时通道1为无效电平，否则为有效电平；在向下计数时，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平
注意：PWM的模式只是区别什么时候是有效电平，但并没有确定是高电平有效还是低电平有效。这需要结合CCER寄存器的CCxP位的值来确定

3.PWM的计数模式

向上计数模式：
下面是一个PWM模式1的例子。当TIMx_CNT<TIMx_CCRx时PWM信号参考OCxREF为高，否则为低。如果TIMx_CCRx中的比较值大于自动重装载值(TIMx_ARR)，则OCxREF保持为’1’。如果比较值为0，则OCxREF保持为’0’：
在这里插入图片描述
向下计数模式：
在PWM模式1，当TIMx_CNT>TIMx_CCRx时参考信号OCxREF为低，否则为高。如果TIMx_CCRx中的比较值大于TIMx_ARR中的自动重装载值，则OCxREF保持为’1’。该模式下不能产生0％的PWM波形

中央对齐模式：
当TIMx_CR1寄存器中的CMS位不为’00’时，为中央对齐模式(所有其他的配置对OCxREF/OCx信号都有相同的作用)。根据不同的CMS位设置，比较标志可以在计数器向上计数时被置’1’、在计数器向下计数时被置’1’、或在计数器向上和向下计数时被置’1’。TIMx_CR1寄存器中的计数方向位(DIR)由硬件更新，不要用软件修改它。

（二）STM32CubeMX创建工程

在这里插入图片描述
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（三）代码实现

/* USER CODE BEGIN 1 */
uint16_t pwmVal=0; //PWM占空比
uint8_t dir=1;
/* USER CODE END 1 */

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
/* USER CODE END 2 */

while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */while (pwmVal< 500){pwmVal++;__HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, pwmVal); //修改比较值，修改占空比// TIM3->CCR1 = pwmVal; 与上方相同HAL_Delay(1);}while (pwmVal){pwmVal--;__HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, pwmVal); //修改比较值，修改占空比// TIM3->CCR1 = pwmVal; 与上方相同HAL_Delay(1);}HAL_Delay(200);
}
/* USER CODE END 3 */

（四）实验结果

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

参考链接

定时器&PWM应用编程
STM32CubeMX & Keil——STM32F103C8T6：PWM控制LED灯

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