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  • STM32定时器应用——PWM

    STM32的定时器有三种，高级定时器（TIM1和TIM8），通用定时器（TIM2、TIM3、TIM4、TIM5）和基本定时器（TIM6和TIM7）。

    这三者的区别是：

    • 基本定时器：基本定时器功能比较简单，主要是计时，也可以为DAC提供时钟，直接触发驱动DAC
    • 通用定时器：通用定时器除了基本的定时功能外，还可以测量输入信号的脉冲长度，也就是输入捕获功能，也可以产生输出波形，即输出比较和PWM。                                                
    • 高级定时器：通用定时器有的功能，高级定时器也有，而且高级定时器还可以输出嵌入死区的互补PWM。 

    这几天放假，在家搜到一个NUCLEO-L010RB的开发板，并且在stm社区下载了相关的几份资料，就捣鼓了一下。

    这个板子用到的MCU是STM32L010RBT6，这个板子刚开始我还不知道怎么用，不知道烧录程序时是否需要外接ST-Link，最后捣鼓着捣鼓着发现它本身自带ST-Link的功能，USB端口不仅可以给板子供电，还可以用于烧录程序。

    第一个程序当然是点亮一个LED灯啦，查阅相关文档发现这个板子的PA5引脚上接了LED2，而且该引脚也是TIM2的CH1通道，那么就可以通过TIM2的CH1输出PWM波控制LED的亮度，实现呼吸灯效果。

    一、首先用CubeMX工具生成代码框架：

     这个MCU跟STM32的其他系列有很多的不同，比如定时器方面，这个单片机只有TIM2，TIM21和TIM22。这个程序中用到了TIM2和TIM21这两个定时器，TIM2用于生成PWM调节LED的亮度，TIM21用于定时修改PWM的占空比。

    ①设置时钟源，原理图上HSE上接的是8MHz的晶振，但是实物上实际并没有外接这个晶振，所以HSE没有配置。LSE上接了32.768KHz的晶振，所以LSE上就选择了Crystal/Ceramic Resonator。如图：

     

     ②定时器设置，如图：

     

    • 定时器的时钟源一般都选择内部时钟源。
    • 这次我们用到TIM2的CH1输出PWM波，所以Channel1应该选择PWM Generation CH1。
    • TIM2挂载在APB1上，而APB1的时钟频率为32MHz，所以TIM2的预分频器设置为32000，分频后得到1KHz，也就是1ms计数一次，计数模式选择向上，ARR设置为20。
    • PWM的模式设置为 PWM mode 1，Pulse设置为0。PWM的模式有两种，模式1：向上计数时，CNT<CCRx时输出有效电平，CNT>=CCRx时输出无效电平。向下计数时，CNT>CCRx时输出无效电平，CNT<=CCRx输出有效电平。模式2：向上计数时，CNT<CCRx时输出无效电平，CNT>=CCRx时输出有效电平。向下计数时，CNT>CCRx时输出有效电平，CNT<=CCRx输出无效电平。二者刚好是相反的。（Pulse就是CCRx的值,这里初始化为0，当然也可以设置为小于ARR大于0的其他数值）
    • CH Polarity选择为High，也就是设置有效电平为高电平。

    　　TIM21的作用只是定时而已，所以设置比较简单，同样时钟源选择内部时钟，预分频32000，向上计数，ARR为100，因为TIM21挂载在APB2上也是32MHz，所以最终的结果是100ms产生一个中断（TIM21的全局中断需要打开）

     打开TIM21的全局中断：

     ③时钟配置：由图可知，外部高速时钟（HSE）的外部晶振和外部低速时钟（LSE）跟整个时钟树的其他部分是断开的，所以我选择了内部高速时钟（HSI）作为系统时钟源，不过精度肯定没有外部晶振准确，因为HSI采用的是RC振荡器，容易受到温度的影响。

    二、代码修改

    ①首先需要在main()函数里面调用两个函数：

    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim21);//开启TIM21的中断
HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1);//开启PWM的输出

    ②在TIM21中断的回调函数里增加功能代码：

    1 void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
 2 {
 3     static uint8_t DutyCycle = 5;
 4     static uint8_t ToggleFlag = 0;
 5     if(htim->Instance == TIM21)
 6     {
 7         if(ToggleFlag == 0)
 8         {
 9             DutyCycle += 1;
10             if(DutyCycle > 19)
11             {
12                 DutyCycle = 19;
13                 ToggleFlag = 1;
14             }
15         }
16         else
17         {
18             DutyCycle -= 1;
19             if(DutyCycle <= 1)
20             {
21                 ToggleFlag = 0;
22             }
23         }
24         
25         TIM2->CCR1 = DutyCycle;
26     }
27 }

    TIM21每100ms进入一次中断，就会调用这个回调函数，这个函数里实现的功能就是修改TIM2的CCR1的值，也就是修改PWM的占空比，CCR1每次比上一次的数值增加1（直到19（ARR的值），也就是占空比为1），当CCR1的值达到了19，又开始递减。所以LED的效果就是从暗逐渐变量又从亮逐渐变暗，就好像呼吸一样。关系到呼吸灯的效果有几个参数：

    　　①htim2.Init.Prescaler（TIM2的预分频系数），htim2.Init.Period（TIM2 的计数周期，也就是ARR的值），预分频系数越大，得到的频率越小，CNT增加得越慢，可能造成的效果就是看到灯在闪，因为我们看到灯的亮度变化并不是真的可以从本质上改变灯的亮度，而是一个周期内灯亮的时间占了多大的比例，由于一个周期时间很短，短到人眼分辨不出亮灭的变化，就会觉得灯的亮度变化了，所以周期也不应该太长，太长的话，人眼就可以分辨出亮灭变化，就会觉得灯在闪。

    　　②CCR1每次的增量太大的话，呼吸灯就没有一个渐变的过程，显得不自然。

    　　③htim21.Init.Prescaler 和 htim21.Init.Period这两个参数决定多久更新一次CCR1的数值，也就是决定每一个亮度可以保持多久的时间。

    PS：下面是TIM2和TIM21的初始化代码：

     1 void MX_TIM2_Init(void)
 2 {
 3   TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
 4   TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
 5   TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
 6 
 7   htim2.Instance = TIM2;
 8   htim2.Init.Prescaler = 8000-1;
 9   htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
10   htim2.Init.Period = 50-1;
11   htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
12   htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
13   if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2) != HAL_OK)
14   {
15     Error_Handler();
16   }
17   sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
18   if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
19   {
20     Error_Handler();
21   }
22   if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim2) != HAL_OK)
23   {
24     Error_Handler();
25   }
26   sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
27   sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
28   if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK)
29   {
30     Error_Handler();
31   }
32   sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
33   sConfigOC.Pulse = 0;
34   sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
35   sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
36   if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
37   {
38     Error_Handler();
39   }
40   HAL_TIM_MspPostInit(&htim2);
41 
42 }
     1 void MX_TIM21_Init(void)
 2 {
 3   TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
 4   TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
 5 
 6   htim21.Instance = TIM21;
 7   htim21.Init.Prescaler = 32000-1;
 8   htim21.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
 9   htim21.Init.Period = 250-1;
10   htim21.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
11   htim21.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
12   if (HAL_TIM_Base_Init(&htim21) != HAL_OK)
13   {
14     Error_Handler();
15   }
16   sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
17   if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim21, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
18   {
19     Error_Handler();
20   }
21   sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
22   sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
23   if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim21, &sMasterConfig) != HAL_OK)
24   {
25     Error_Handler();
26   }
27 
28 }
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