STM的PWM精講

1、獨立的，它們不共享任何資源，它們可以同步操作。STM32的PWM精講通過對TM1定時器進行控制，使之各通道輸出插入死區(qū)的互補PWM輸出， 各通道輸出頻率均為17.57KHz。其中，通道1輸出的占空比為50%，通道2輸出 的占空比為25%，通道3輸出的占空比為12.5%。各通道互補輸出為反相輸出。TM1定時器的通道1到4的輸出分別對應(yīng)PA.08、PA.09、PA.10和PA.11 引腳，而通道1到3的互補輸出分別對應(yīng)PB.13、PB.14和PB.15引腳，中止輸 入引腳為PB.12。將這些引腳分別接入示波器，在示波器上觀查相應(yīng)通道占空比 的方波12。配置好各通道后，編譯運行工程；點擊MDK的De

2、bug菜單，點擊Start/Stop Debug Session；通過示波器察看 PA.08、PA.09、PA.10、PB.13、PB.14、PB.15 的輸出波形，其中PA.08和PB.13為第一通道和互補通道，PB.09和PB.14為第 二通道和其互補通道，PB.10和PB.15為第三通道和其互補通道;第一通道顯示 占空比為50%，第二通道占空比為25%，第三通道占空比為12.5%。第2章 STM32處理器概述STM32F103xx增強型系列產(chǎn)品中內(nèi)置了多達3個同步的標準定時器。每個定 時器都有一個16位的自動加載遞加/遞減計數(shù)器、一個16位的預(yù)分頻器和4個 獨立的通道，每個通道都可用于輸

3、入捕獲、輸出比較、PWM和單脈沖模式輸出， 在最大的封裝配置中可提供最多12個輸入捕獲、輸出比較或PWM通道。它們還 能通過定時器鏈接功能與高級控制定時器共同工作，提供同步或事件鏈接功能。在調(diào)試模式下，計數(shù)器可以被凍結(jié)。任一個標準定時器都能用于產(chǎn)生PWM 輸出。每個定時器都有獨立的DMA請求機制。2.4.2高級控制定時器22高級控制定時器(TM1)由一個16位的自動裝載計數(shù)器組成，它由一個可 編程預(yù)分頻器驅(qū)動。它適合多種用途，包含測量輸入信號的脈沖寬度(輸入捕獲)， 或者產(chǎn)生輸出波形(輸出比較，PWM，嵌入死區(qū)時間的互補PWM等）。使用定時器預(yù)分頻器和RCC時鐘控制預(yù)分頻器，可以實現(xiàn)脈沖寬度和

4、波形 周期從幾個微秒至幾個毫秒的調(diào)節(jié)。高級控制(TIM1)和通用（TMx)定時器是完全#高級控制定時器(TM1)可以被看成是一個分配到6個通道的三相PWM發(fā)生 器，它還可以被當成一個完整的通用定時器。四個獨立的通道可以用于：輸入捕獲；輸出比較；產(chǎn)生PWM(邊緣或中心對齊模式）；單脈沖輸出；反相PWM輸出，具有程序可控的死區(qū)插入功能；配置為16位標準定時器時，它與TIMx定時器具有相同的功能。配置為16 位PWM發(fā)生器時，它具有全調(diào)制能力（0100%)。在調(diào)試模式下，計數(shù)器可以被凍結(jié)。很多功能都與標準的TIM定時器相同， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)也相同，因此高級控制定時器可以通過定時器鏈接功能與TIM定時器協(xié)

5、同操作，提供同步或事件鏈接功能。TM1定時器的功能包括：16位上，下，上/下自動裝載計數(shù)器；16位可編程預(yù)分頻器，計數(shù)器時鐘頻率的分頻系數(shù)為165535之間的 任意數(shù)值；4個獨立通道：-輸入捕獲；-輸出比較；-PWM生成(邊緣或中間對齊模式）-單脈沖模式輸出；-死區(qū)時間可編程的互補輸出。使用外部信號控制定時器和定時器互連的同步電路；在指定數(shù)目的計數(shù)器周期之后更新定時器寄存器；剎車輸入信號可以將定時器輸出信號置于復(fù)位狀態(tài)或者一個已知狀態(tài); 如下事件發(fā)生時產(chǎn)生中斷/DMA:-更新：計數(shù)器向上溢出/向下溢出，計數(shù)器初始化(通過軟件或者內(nèi)部/外部觸發(fā)）；-觸發(fā)事件(計數(shù)器啟動，停止，初始化或者由內(nèi)部/

6、外部觸發(fā)計數(shù))； -輸入捕獲；-輸出比較；-剎車信號輸入。時基單元可編程高級控制定時器的主要部分是一個16位計數(shù)器和與其相關(guān)的自動 裝載寄存器。這個計數(shù)器可以向上計數(shù)、向下計數(shù)或者向上向下雙向計數(shù)。此計 數(shù)器時鐘由預(yù)分頻器分頻得到。計數(shù)器、自動裝載寄存器和預(yù)分頻器寄存器可以由軟件讀寫，即使計數(shù)器還 在運行讀寫仍然有效。時基單元包含：計數(shù)器寄存器(TM1_CNT);預(yù)分頻器寄存器（TM1_PSC);自動裝載寄存器（TM1_ARR);周期計數(shù)寄存器（TM1_RCR);自動裝載寄存器是預(yù)先裝載的。寫或讀自動重裝載寄存器將訪問預(yù)裝載寄存 器。根據(jù)在TM1_CR1寄存器中的自動裝載預(yù)裝載使能位(ARPE

7、)的設(shè)置，預(yù)裝載 寄存器的內(nèi)容被永久地或在每次的更新事件UEV時傳送到影子寄存器。當計數(shù) 器達到溢出條件（向下計數(shù)時的下溢條件)并當TM1_CR1寄存器中的UDIS位等于0時，產(chǎn)生更新事件。更新事件也可以由軟件產(chǎn)生。隨后會詳細描述每一種配置下更新事件的產(chǎn)生。計數(shù)器由預(yù)分頻器的時鐘輸出CK_CNT驅(qū)動，僅當設(shè)置了計數(shù)器TM1_CR1 寄存器中的計數(shù)器使能位(CEN)時，CK_CNT才有效。（有關(guān)更多的計數(shù)器使能的細節(jié)，請參見控制器的從模式描述）。注：真正的計數(shù)器使能信號CNT_EN是在CEN后的一個時鐘周期后被設(shè)置。 預(yù)分頻器描述 。預(yù)分頻器可以將計數(shù)器的時鐘頻率按1到65536之間的任意值分頻

8、。它是基于一個(在TM1_PSC寄存器中的）16位寄存器控制的16位計數(shù)器。因為這個 控制寄存器帶有緩沖器，它能夠在工作時被改變。新的預(yù)分頻器的參數(shù)在下一次 更新事件到來時被采用。圖2-4和圖2-5給出了一些在預(yù)分頻器工作時，更改其參數(shù)的情況下計數(shù)器操作的例子。圖2-5當預(yù)分頻器的參數(shù)從1變到4時，計數(shù)器的時序圖2.4.3 小結(jié)經(jīng)過比較和針對設(shè)計需要，使用定時器預(yù)分頻器和RCC時鐘控制預(yù)分頻器，可以實現(xiàn)脈沖寬度和波形周期從幾個微秒至幾個毫秒的調(diào)節(jié)。高級控制(TIM1)和通用（TMx)定時器是完全獨立的，不共享任何資源，可以同步操作。高級控制定時器(TM1)還可以被看成是一個分配到6個通道的三相

9、PWM發(fā)生器，它還可 以被當成一個完整的通用定時器。因此該設(shè)計選擇高級控制定時器(TIM1)。PWM概述PWM是Pulse Width Modulation的縮寫，中文意思就是脈沖寬度調(diào)制，簡 稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有 效的技術(shù)，其控制簡單、靈活和動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng) 用的控制方式，其應(yīng)用領(lǐng)域包括測量，通信，功率控制與變換，電動機控制、 伺服控制、調(diào)光、開關(guān)電源，甚至某些音頻放大器，因此研究基于PWM技 術(shù)的正負脈寬數(shù)控調(diào)制信號發(fā)生器具有十分重要的現(xiàn)實意義。PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使

10、用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍 然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(0N)，要么 完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模 擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電 被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。多數(shù)負載(無論是電感性負載還是電容性負載)需要的調(diào)制頻率高10Hz,通 常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。占空比是接通時間與周期之比；調(diào)制頻率為 周期的倒數(shù)。目前，運動控制系統(tǒng)或電動機控制系統(tǒng)中實現(xiàn)PWM的方法主要有傳統(tǒng)的

11、數(shù)字 電路方式、專用的PWM集成電路、單片機實現(xiàn)方式和可編程邏輯器件實現(xiàn)方式。 用傳統(tǒng)的數(shù)字電路實現(xiàn)PWM,電路設(shè)計較復(fù)雜，體積大，抗干擾能力差，系統(tǒng)的 控制周期較長。專用的PWM集成電路或帶有PWM的單片機價格較高。對于單片機中 無PWM輸出功能的情況，實現(xiàn)PWM將消耗大量的時間，大大降低了CPU的效率，而 且得到的PWM信號精度不太高15。PWM模式脈沖寬度調(diào)制模式可以產(chǎn)生一個由TM1_ARR寄存器確定頻率、由 TM1_CCRx寄存器確定占空比的信號。在TM1_CCMRx寄存器中的OCxM位寫入 “110”(PWM模式1)或“111”(PWM模式2)，能夠獨立地設(shè)置每個通道工作在PWM模式

12、，每個OCx輸出一路PWM。必須通過設(shè)置TM1_CCMRx寄存器OCxPE位使能 相應(yīng)的預(yù)裝載寄存器，最后還要設(shè)置TM1_CR1寄存器的ARPE位使能自動重裝 載的預(yù)裝載寄存器(在向上計數(shù)或中心對稱模式中）。因為僅當發(fā)生一個更新事件的時候，預(yù)裝載寄存器才能被傳送到影子寄存 器，因此在計數(shù)器開始計數(shù)之前，必須通過設(shè)置TM1_EGR寄存器中的UG位來 初始化所有的寄存器。OCx的極性可以通過軟件在TM1_CCER寄存器中的CCxP位設(shè)置，它可以設(shè) 置為高電平有效活和低電平有效。Cx輸出通過CCxE、CCxNE、MOE、0SSI和OSSR 位(在TM1_CCER和TM1_BDTR寄存器中）的組合控制

13、。在PWM模式(模式1或模式2)下，TIM1_CNT和TM1_CCRx始終在進行比較，(依據(jù)計數(shù)器的計數(shù)方向）以確定是否符合TM1_CCRx彡TM1_CNT或者TM1_CNT 彡TM1_CCRx。根據(jù)TM1_CR1寄存器中CMS位的狀態(tài)，定時器能夠產(chǎn)生邊沿對 齊的或中央對齊的PWM信號。PWM邊沿對齊模式 向上計數(shù)配置當TM1_CR1寄存器中的DIR位為低的時候執(zhí)行向上計數(shù)。當TM1_CNTTM1_CCRx時PWM參考信號，OCxREF為高，否則為低。如果TM1_CCRx 中的比較值大于自動重裝載值(TM1_ARR)，則OCxREF保持為“1"。如果比較值 為0,貝丨j OCxREF

14、保持為“0"。圖3-1為TM1_ARR=8時邊沿對齊的PWM波形實例。CCxIF 圖3-1邊沿對齊的PWM波形(ARR=8)向下計數(shù)的配置當TM1_CR1寄存器的DIR位為高時執(zhí)行向下計數(shù)。在PWM模式1，當TM1_CNT>TM1_CCRx時參考信號OCxREF為低，否則為 高。如果TM1_CCRx中的比較值大于TM1_ARR中的自動重裝載值，則OCxREF保持為“1"。該模式下不能產(chǎn)生0%的PWM波形。PWM中央對齊模式當TM1_CR1寄存器中的CMS位不為00時為中央對齊模式(所有其他的配置對OCxREF/OCx信號都有相同的作用）。根據(jù)不同的CMS位的設(shè)置，比較

15、標志可能 在計數(shù)器向上計數(shù)時被置1、在計數(shù)器向下計數(shù)時被置1、或在計數(shù)器向上和向 下計數(shù)時被置1TM1_CR1寄存器中的計數(shù)方向位(DIR)由硬件更新，不要用軟 件修改它。圖3-2給出了一些中央對齊的PWM波形的例子 TIM1_ARR=8 ； PWM模式1; TM1_CR1寄存器中的CMS=01，在中央對齊模式1時，當計數(shù)器向下計數(shù) 時標志被設(shè)置。21圖3-2中央對齊的PWM波形(APR=8)3.1.2互補輸出與死區(qū)插入高級控制定時器TM1能夠輸出兩路互補信號并且能夠管理輸出的瞬時關(guān)斷和接通。這段時間通常被稱為死區(qū)，應(yīng)該根據(jù)連接到輸出的器件和它們的特性 (電平轉(zhuǎn)換的延時、電源開關(guān)的延時等)來調(diào)

16、整死區(qū)時間。配置TM1_CCER寄存器中的CCxP和CCxNP位，可以為每一個輸出獨立地 選擇極性(主輸出OCx或互補輸出OCxN)。互補信號OCx和OCxN通過下列控制位的組合進行控制：TM1_CCER寄存器的CCxE和CCxNE位，TM1_BDTR和TM1_CR2 寄存器中的MOE、OISx、OISxN、OSSI和OSSR位，帶剎車功能的互補輸出通道 OCx和OCxN的控制位。特別的是，在轉(zhuǎn)換到IDLE狀態(tài)時(MOS下降到0)死區(qū)被激活。同時設(shè)置CCxE和CCxNE位將插入死區(qū)，如果存在剎車電路，則還要設(shè)置 MOE位。每一個通道都有一個10位的死區(qū)發(fā)生器。參考信號OCxREF可以產(chǎn)生2 路

17、輸出OCx和OCxN。如果OCx和OCxN為高有效： Cx輸出信號與參考信號相同，只是它的上升沿相對于參考信號的上 升沿有一個延遲。 OCxN輸出信號與參考信號相反，只是它的上升沿相對于參考信號的下 降沿有一個延遲。如果延遲大于當前有效的輸出寬度(OCx或OCxN)，則不會產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖。圖3-3,3-4顯示了死區(qū)發(fā)生器的輸出信號和當前參考信號OCxREF之間的關(guān)系 (假設(shè) CCxP=0、CCxNP=0、MOE=1、CCxE=1 并且 CCxNE=1)。delaydelayH圖3-3帶死區(qū)插入的互補輸出i1delay圖3-4死區(qū)波形延遲大于負脈沖OCxREFOCxOCxMOOREFOCXOCx

18、N3.2 PWM輸出的實現(xiàn)12STM32的高級定時器時鐘TM1CLK為固定72MHz, TM1預(yù)分頻為0x0 (系統(tǒng) 高速時鐘不分頻），所以TIM1計數(shù)器時鐘頻率為72MHzI/0 口時鐘為固定值 50MHz，PA8、PA9、PA10、PA11 設(shè)為推拉模式。TM1在下面定義的頻率下工作：TM1 頻率=Tm1CLKATM1_Period + 1) = 17.57 KHz。TM1 CC1寄存器的值為0x7FFF，所以TM1_CH1 和TM1_CH1N產(chǎn)生一個頻 率為17.57KHz的信號，這個信號的占空比為：TM1_CH1 占空比=TM1_CCR1 ATM1_Period + 1) = 50%。

19、TM1 CC2寄存器的值為0x3FFF， 所以TM1_CH2 和TM1_CH2N 產(chǎn)生一個 17.57KHz的信號，它的占空比為：TM1_CH2 占空比=TM1_CCR2 / (TM1_Period + 1)= 25%。TM1 CC3寄存器的值為0x1FFF， 所以TM1_CH3 和TM1_CH3N產(chǎn)生一個 17.57KHz的信號，它的占空比為：TM1_CH3 占空比=TM1_CCR3 / (TM1_Period + 1) = 12.5%。TM1波形可以在示波器上顯示出來。輸出信號觀察下列引腳分別依次接到示波器上（兩個一組)，示波器接線正接觸線下列引 腳，負接觸線接地（GND)。 TIM1_C

20、H1 pin (PA8)； TIM1_CH1N pin (PB13)； TIM1_CH2 pin (PA9)； TIM1_CH2N pin (PB14)； TIM1_CH3 pin (PA10)； TIM1_CH3N pin (PB15)； TIM1_CH4 pin (PA11)。第4章軟件設(shè)計4.1開發(fā)環(huán)境4.1.1 STM32的開發(fā)軟件STM32自問世至今，采用過如下軟件，皆有利弊。IARIAR是STM32開發(fā)使用最多的軟件平臺。IAR官方提供IAR for ARM兩種類 型的版本供免費評估：32K學(xué)習(xí)版，只能支持編譯32K目標代碼，等效無時間 限制；30天評估版，無編譯代碼限制。MDK自

21、從keil被ARM收購以后，在keil中集成了 ARM自己的編譯器，改名MDK。 RIDE該軟件支持GCC編譯器開發(fā)STM32產(chǎn)品。該套開發(fā)板使用keilmdk370開發(fā) 軟件，該軟件使用簡單，keil是眾多單片機應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編 輯編譯仿真于一體，支持匯編，PLM語言和C語言的程序設(shè)計，界面清晰，易學(xué) 易懂。這里選用的是keilmdk370，4.1.2節(jié)著重介紹。4.1.2 MDK37011Real View MDK(Miertocontroller Development Kit)是 ARM 公司最先推 出的基于ARM微控制器的專業(yè)嵌入式開發(fā)工具。它采用了 ARM的最新技術(shù)編

22、工具 RVCT，集成了享譽全球的y Vision IDE，因此特別易于使用，同時具備非常高 的性能。它適合不同層次的開發(fā)者使用，包括專業(yè)的應(yīng)用程序開發(fā)工程師和嵌入 式軟件開發(fā)的入門者。MDK包括符合工業(yè)標準的Real View編譯工具、測試器以 及實時內(nèi)核等組件，支持所有基于ARM的設(shè)備，能幫助工程師按照計劃完成項目。 MDK提供啟動代碼生成向?qū)岣唛_發(fā)效率；MDK提供強大的設(shè)備模擬器一一縮短開發(fā)周期：目標設(shè)備的所有組件都可仿真，代碼可在整個設(shè)備上運行。完全的目標硬件 仿真，完整的目標，高效指令集仿真，中斷仿真，片內(nèi)外圍設(shè)備有ADC, DAC, EBI, Timers，UART，CAN，I2C

23、，包含外部信號和I/O。充足的仿真信息，包含在設(shè)備 數(shù)據(jù)庫里。MDK提供高效的性能開發(fā)工具；MDK支持最新的Cortex-M3處理器：Cortex-M3處理器是ARM公司推出的最新的針對微控制應(yīng)用的內(nèi)核， 提供業(yè)界領(lǐng)先的高性能和低成本解決方案，將成為MCU應(yīng)用的熱點和主流。 但是目前能支持Cortex-M3構(gòu)架的開發(fā)工具很少，包括SDTADS1.2等多 數(shù)開發(fā)工具都不支持。MDK是目前性價比最高的支持Cortex-M3處理器的 開發(fā)工具。MDK集成了 Flash編程模塊；MDK提供業(yè)界最好的y Vision IDE易學(xué)易懂。4.2軟件實現(xiàn) 4.2.1設(shè)計標準該設(shè)計對TM1定時器進行控制，使之各

24、通道輸出插入死區(qū)的互補PWM輸出， 各通道輸出頻率均為17.57KHz。I/O 口時鐘為固定值50MHz，PA8、PA9、PA10、 PA11設(shè)為推拉模式。其中，通道1輸出的占空比為50%，通道2輸出的占空比為25%，通道3輸 出的占空比為12.5%。各通道互補輸出為反相輸出。TM1定時器的通道1到4 的輸出分別對應(yīng)PA.08、PA.09、PA.10引腳，而通道1到3的互補輸出分別對應(yīng) PB.13、PB.14和PB.15引腳，這些處理器引腳在開發(fā)板上已經(jīng)以插針形式引出。由于TM1計數(shù)器的時鐘頻率為72MHz，各通道輸出頻率fTM1為17.57KHz， 根據(jù)：fnM1=TIM1CLKATM1_P

25、eriod + 1)，可得到 TM1 預(yù)分頻器的 TM1_Period 為OxFFFF。根據(jù)通道輸出占空比TM1_CCRxATM1_Period + 1)，可以得到各 通道比較/捕獲寄存器的計數(shù)值。其中：TM1_CCR1寄存器的值0x7FFF、TM1_CCR2 寄存器的值為0x3FFF、TM1_CCR3寄存器的值為0x1FFF。11TIM1TIM1TIM1TIM1TIM1TIM1TIM1TIM1TIM1TIM1TIM1TIM1TIM1OCInitStructure.OCInitStructure.OCInitStructure.OCInitStructure.OCInitStructure.O

26、CInitStructure.OCInitStructure.OCInitStructure.TIM1_OCMode = TIM1_OCMode_PWM2; TIM1_OutputState = TIM1_OutputState_Enable; TIM1_OutputNState = TIM1_OutputNState_Enable; TIM1_Pulse = CCR1_Val;TIM1_OCPolarity = TIM1_OCPolarity_Low; TIM1_OCNPolarity = TIM1_OCNPolarity_Low; TIM1_OCIdleState = TIM1_OCIdl

27、eState_Set; TIM1_OCNIdleState = TIM1_OCIdleState_Reset;OC1Init (&TIM1_OCInitStructure);OCInitStructure.TIM1_Pulse = CCR2_Val; OC2Init (&TIM1_OCInitStructure);OCInitStructure.TIM1_Pulse = CCR3_Val; OC3Init (&TIM1_OCInitStructure);/* Channel 1, 2, 3 and 4 Configuration in PWM mode */運行過程：(

28、1) 使用Keil uVision3編譯鏈接工程；(2) 點擊 MDK 的 Debug 菜單，點擊 Start/Stop Debug Session；(3) 通過示波器察看PA.08、PA.09、PA.10、PB.13、PB.14、PB.15的輸出波形， 其中PA.08和PB.13為一組，PB.09和PB.14為一組，PB.10和PB.15為一組。154.2.2程序流程圖整個設(shè)計程序流程如圖4-1所示:第5章測試及結(jié)果5.1 JTAG仿真器介紹11J-Link是支持仿真ARM內(nèi)核芯片的JTAG仿真器。配合IAR EWARM，ADS，KEIL， WINARM，RealView等集成開發(fā)環(huán)境支持所有ARM7/ARM9內(nèi)核芯片的仿真，通過 RDI接口和各集成開發(fā)環(huán)境無縫連接，操作方便、連接方便、簡單易學(xué)，是學(xué)習(xí) 開發(fā)ARM最好最實用的開發(fā)工具。DQ電子推出的J-LinkV7仿真器采用原版固件，參照原版原理圖，經(jīng)過DQ 團隊的長時間精工制作，板型合理，元件布局美觀大方，走線嚴謹精致，并且每 一個產(chǎn)品都經(jīng)過功能和老化測試，功能完全與原版一致，支持在線升級。J-Link ARM主要特點：IAR EWARM集成開發(fā)環(huán)境無縫連接的JTAG仿真器。支持所有ARM7/ARM9內(nèi)核的