單片機(jī)開發(fā)中，電機(jī)的控制與定時(shí)器有著密不可分的關(guān)系，無(wú)論是直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)還是舵機(jī)，都會(huì)用到定時(shí)器，比如最常用的有刷直流電機(jī)，會(huì)使用定時(shí)器產(chǎn)生PWM波來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，通過(guò)定時(shí)器的正交編碼器接口來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速等。

本篇先介紹定時(shí)器的基礎(chǔ)知識(shí)，然后對(duì)照這些知識(shí)介紹一下定時(shí)器輸出PWM的基本原理，以及編程實(shí)現(xiàn)與代碼分析。

首先來(lái)看一下定時(shí)器的基礎(chǔ)介紹。

1 定時(shí)器基礎(chǔ)知識(shí)

1.1 定時(shí)器種類

以STM32F4為例，一共有14個(gè)定時(shí)器：

• 高級(jí)定時(shí)器（TIM1、TIM8）

• 通用定時(shí)器（TIM2~TIM5，TIM9~TIM14）

  • TIM2~TIM5（通用定時(shí)器里功能較多的）

  • TIM9/TIM12

  • TIM10/TIM11和TIM13/TIM14

• 基本定時(shí)器 (TIM6、TIM7)

1.2 各種定時(shí)器的特性

1.2.1 高級(jí)定時(shí)器與通用定時(shí)器

這里列舉高級(jí)定時(shí)器的特性，在此基礎(chǔ)上，對(duì)比添加其與通用定時(shí)器的不同之處：

• 16 位遞增、遞減、遞增/遞減自動(dòng)重載計(jì)數(shù)器（TIM2 和 TIM5為32位）

• 16 位可編程預(yù)分頻器，用于對(duì)計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率進(jìn)行分頻（即運(yùn)行時(shí)修改），分頻系數(shù)介于 1 到 65536 之間。

• 多達(dá) 4 個(gè)獨(dú)立通道（TIM9/TIM12有2個(gè)，TIM10/TIM11，TIM13/TIM14只有1個(gè)），可用于：

  • 輸入捕獲

  • 輸出比較

  • PWM 生成（邊沿和中心對(duì)齊模式）（高級(jí)定時(shí)器和TIM2~TIM5特有，其它是只有邊沿對(duì)齊模式）

  • 單脈沖模式輸出

• 帶可編程死區(qū)的互補(bǔ)輸出（高級(jí)定時(shí)器特有）。

• 使用外部信號(hào)控制定時(shí)器且可實(shí)現(xiàn)多個(gè)定時(shí)器互連的同步電路（TIM10/TIM11，TIM13/TIM14沒(méi)有）。

• 重復(fù)計(jì)數(shù)器，用于僅在給定數(shù)目的計(jì)數(shù)器周期后更新定時(shí)器寄存器（高級(jí)定時(shí)器特有）。

• 用于將定時(shí)器的輸出信號(hào)置于復(fù)位狀態(tài)或已知狀態(tài)的斷路輸入（高級(jí)定時(shí)器特有）。

• 發(fā)生如下事件時(shí)生成中斷/DMA 請(qǐng)求：

  • 更新：計(jì)數(shù)器上溢/下溢、計(jì)數(shù)器初始化（通過(guò)軟件或內(nèi)部/外部觸發(fā)）

  • 觸發(fā)事件（計(jì)數(shù)器啟動(dòng)、停止、初始化或通過(guò)內(nèi)部/外部觸發(fā)計(jì)數(shù)）（TIM10/TIM11和TIM13/TIM14沒(méi)有此功能）

  • 輸入捕獲

  • 輸出比較

  • 斷路輸入（高級(jí)定時(shí)器特有）

• 支持定位用增量（正交）編碼器和霍爾傳感器電路（高級(jí)定時(shí)器和TIM2~TIM5特有）。

• 外部時(shí)鐘觸發(fā)輸入或逐周期電流管理（高級(jí)定時(shí)器和TIM2~TIM5特有）。

1.2.2 基本定時(shí)器

基本定時(shí)器 (TIM6、TIM7）的功能比較單一，所具有的功能如下：

• 16 位自動(dòng)重載遞增計(jì)數(shù)器

• 只能定時(shí)，沒(méi)有外部 IO

• 16 位可編程預(yù)分頻器，用于對(duì)計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率進(jìn)行分頻（即運(yùn)行時(shí)修改），分頻系數(shù)介于 1 和 65536 之間

• 用于觸發(fā) DAC 的同步電路

• 發(fā)生如下更新事件時(shí)會(huì)生成中斷/DMA 請(qǐng)求：計(jì)數(shù)器上溢

1.3 定時(shí)器使用配置

使用定時(shí)器，一般需要配置如下：

• 時(shí)基：也就是計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘

• 自動(dòng)重裝載值：每次計(jì)數(shù)的最大值

• 輸出通道：當(dāng)需要使用定時(shí)器輸出某種波形時(shí)（如PWM）

• 輸入通道：當(dāng)需要使用定時(shí)器接收某種波形時(shí)（如電機(jī)編碼器信號(hào)）

先來(lái)看一下定時(shí)器的原理框圖，對(duì)定時(shí)器的內(nèi)部原理有一個(gè)整體直觀的感受：

1.3.1 時(shí)鐘源

從上圖可以看出，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘源可以為：

• 由RCC的內(nèi)部時(shí)鐘分頻得到

• 由定時(shí)器的TIMx_ETR引腳得到

• 由其他定時(shí)器通過(guò)TRGO輸出得到

一般使用RCC的內(nèi)部時(shí)鐘CK_INT，也即定時(shí)器時(shí)鐘TIMxCLK，經(jīng)APB1或APB2預(yù)分頻器后分頻提供。

關(guān)于定時(shí)器時(shí)鐘源的具體細(xì)節(jié)，可以來(lái)看一下STM32F4的時(shí)鐘樹：

從STM32F4的內(nèi)部時(shí)鐘樹可知：

• 高級(jí)定時(shí)器timer1, timer8以及通用定時(shí)器timer9, timer10, timer11的時(shí)鐘來(lái)源是APB2總線(84MHZ)

• 通用定時(shí)器timer2~timer5，通用定時(shí)器timer12~timer14以及基本定時(shí)器timer6,timer7的時(shí)鐘來(lái)源是APB1總線(42MHZ)

另外：

• 當(dāng)APB1和APB2分頻數(shù)為1的時(shí)候，各定時(shí)器的時(shí)鐘就是對(duì)應(yīng)的APB1或APB2的時(shí)鐘；

• 如果APB1和APB2分頻數(shù)不為1，那么各定時(shí)器的時(shí)鐘就是對(duì)應(yīng)的APB1或APB2的時(shí)鐘的2倍；

  由于庫(kù)函數(shù)中 APB1 預(yù)分頻的系數(shù)默認(rèn)是 2，所以，所以TIM1、TIM8~TIM11的時(shí)鐘為APB2時(shí)鐘的兩倍即168MHz，TIM2~TIM7、TIM12~TIM14的時(shí)鐘為APB1的時(shí)鐘的兩倍即84MHz。

1.3.2 計(jì)數(shù)器時(shí)鐘

由于定時(shí)器時(shí)鐘的提供的可以頻率較高，計(jì)數(shù)器不需要這么高的頻率來(lái)計(jì)數(shù)，所以會(huì)進(jìn)行降頻，使用一個(gè)合適的低頻時(shí)鐘來(lái)計(jì)數(shù)。

定時(shí)器時(shí)鐘經(jīng)過(guò)PSC 預(yù)分頻器之后，即 CK_CNT，用來(lái)驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。PSC 是一個(gè)16 位的預(yù)分頻器，可以對(duì)定時(shí)器時(shí)鐘TIMxCLK 進(jìn)行 1~65536 之間的任何一個(gè)數(shù)進(jìn)行分頻。

具體計(jì)算方式為：CK_CNT=TIMxCLK/（PSC+1）。

比如，使用STM32F4的通用定時(shí)器2（TIM2CLK為APB1的時(shí)鐘的兩倍即84MHz），PSC設(shè)置為83，則計(jì)數(shù)時(shí)鐘為84MHz/(83+1)=1MHz，即1ms計(jì)一個(gè)數(shù)。

1.3.3 計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器 CNT 是一個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)器，只能往上計(jì)數(shù)，最大計(jì)數(shù)值為 65535。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到自動(dòng)重裝載寄存器的時(shí)候產(chǎn)生更新事件，并清零從頭開始計(jì)數(shù)。

1.3.4 自動(dòng)重裝載寄存器

自動(dòng)重裝載寄存器 ARR 是一個(gè) 16 位的寄存器，這里面裝著計(jì)數(shù)器能計(jì)數(shù)的最大數(shù)值。當(dāng)計(jì)數(shù)到這個(gè)值的時(shí)候，如果使能了中斷的，定時(shí)器就產(chǎn)生溢出中斷。

2 定時(shí)器輸出PWM原理

如下圖是PWM輸出的原理示意圖：

假設(shè)定時(shí)器工作模式設(shè)置為向上計(jì)數(shù) PWM模式，且當(dāng) CNT=CCRx 時(shí)輸出 0，則：

• 當(dāng) CNT 值小于 CCRx 的時(shí)候， IO 輸出高電平 (1)

• 當(dāng) CNT 值大于等于 CCRx 的時(shí)候，IO 輸出低電平 (0)

• 當(dāng) CNT 達(dá)到 ARR 值的時(shí)候，重新歸零，然后重新向上計(jì)數(shù)，依次循環(huán)。

因此，改變 CCRx 的值，就可以改變 PWM 輸出的占空比，改變 ARR 的值，就可以改變 PWM 輸出的周期（頻率），這就是利用定時(shí)器輸出PWM 的基本原理。

 

 

3 定時(shí)器常用的寄存器

使用定時(shí)器來(lái)輸出PWM時(shí)，需要對(duì)其寄存器進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。定時(shí)器的寄存器有好多個(gè)，這里先介紹幾個(gè)與輸出PWM相關(guān)的幾個(gè)寄存器，其它是寄存器以后用到時(shí)再介紹。

3.1 控制寄存器CR1

控制寄存器，就是來(lái)設(shè)置定時(shí)的工作模式：

• 位 15:10 保留，必須保持復(fù)位值。

• 位 9:8 CKD：時(shí)鐘分頻 (Clock division) 此位域指示定時(shí)器時(shí)鐘 (CK_INT) 頻率與數(shù)字濾波器所使用的采樣時(shí)鐘（ETR、TIx）之間的分頻比，

• 位 7 ARPE：自動(dòng)重載預(yù)裝載使能 (Auto-reload preload enable)

  • 0：TIMx_ARR 寄存器不進(jìn)行緩沖

  • 1：TIMx_ARR 寄存器進(jìn)行緩沖

• 位 6:5 CMS：中心對(duì)齊模式選擇 (Center-aligned mode selection)，包括1種邊沿對(duì)齊模式與3種中心對(duì)齊模式

• 位 4 DIR：計(jì)數(shù)器方向 (Direction)，0為遞增計(jì)數(shù)，1為遞減計(jì)數(shù)。

  注： 當(dāng)定時(shí)器配置為中心對(duì)齊模式或編碼器模式時(shí)，該位為只讀狀態(tài)。

• 位 3 OPM：?jiǎn)蚊}沖模式 (One-pulse mode)

• 位 2 URS：更新請(qǐng)求源 (Update request source)

  此位由軟件置 1 和清零，用以選擇 UEV 事件源。

• 位 1 UDIS：更新禁止 (Update disable) 此位由軟件置 1 和清零，用以使能/禁止 UEV 事件生成。

• 位 0 CEN：計(jì)數(shù)器使能 (Counter enable)，0為禁止計(jì)數(shù)器，1為使能計(jì)數(shù)器

  只有事先通過(guò)軟件將 CEN 位置 1，才可以使用外部時(shí)鐘、門控模式和編碼器模式。而觸發(fā)模式可通過(guò)硬件自動(dòng)將 CEN 位置 1。在單脈沖模式下，當(dāng)發(fā)生更新事件時(shí)會(huì)自動(dòng)將 CEN 位清零。

3.2 捕獲/比較模式寄存器CCMR1

這些通道可用于輸入（捕獲模式）或輸出（比較模式）模式。通道方向通過(guò)配置相應(yīng)的 CCxS 位進(jìn)行定義。此寄存器的所有其它位在輸入模式和輸出模式下的功能均不同。對(duì)于任一給定位

• OCxx 用于說(shuō)明通道配置為輸出時(shí)該位對(duì)應(yīng)的功能

• ICxx 則用于說(shuō)明通道配置為輸入時(shí) 該位對(duì)應(yīng)的功能

因此，必須注意同一個(gè)位在輸入階段和輸出階段具有不同的含義。

這里僅先介紹輸出模式下的功能：

• 位 15 OC2CE：輸出比較 2 清零使能 (Output compare 3 clear enable)

• 位 14:12 OC2M[2:0]：輸出比較 2 模式 (Output compare 2 mode)

• 位 11 OC2PE：輸出比較 2 預(yù)裝載使能 (Output compare 2 preload enable)

• 位 10 OC2FE：輸出比較 2 快速使能 (Output compare 2 fast enable)

• 位 9:8 CC2S[1:0]：捕獲/比較 2 選擇 (Capture/Compare 2 selection) 參考下面的CC1S通道1

• 位 7 OC1CE：輸出比較 1 清零使能 (Output compare 3 clear enable)

  OC1CE：輸出比較 1 清零使能 (Output Compare 1 Clear Enable)

  • 0：OC1Ref 不受 ETRF 輸入影響

  • 1：ETRF 輸入上檢測(cè)到高電平時(shí)， OC1Ref 立即清零。

• 位 6:4 OC1M：輸出比較 1 模式 (Output compare 1 mode) 一共可配置位7種模式，這里僅介紹2種：

  • 110：PWM 模式 1––在遞增計(jì)數(shù)模式下，只要 TIMx_CNTTIMx_CCR1，通道 1 便為無(wú)效狀態(tài) (OC1REF=0)，否則為有效狀態(tài) (OC1REF=1)。

  • 111：PPWM 模式 2––在遞增計(jì)數(shù)模式下，只要 TIMx_CNTTIMx_CCR1，通道 1 便為有效狀態(tài)，否則為無(wú)效狀態(tài)。

• 位 3 OC1PE：輸出比較 1 預(yù)裝載使能 (Output compare 1 preload enable)

  • 0：禁止與 TIMx_CCR1 相關(guān)的預(yù)裝載寄存器。可隨時(shí)向 TIMx_CCR1 寫入數(shù)據(jù)，寫入后將立即使用新值。

  • 1：使能與 TIMx_CCR1 相關(guān)的預(yù)裝載寄存器?？勺x/寫訪問(wèn)預(yù)裝載寄存器。TIMx_CCR1 預(yù)裝載值在每次生成更新事件時(shí)都會(huì)裝載到活動(dòng)寄存器中。

• 位 2 OC1FE：輸出比較 1 快速使能 (Output compare 1 fast enable)

  此位用于加快觸發(fā)輸入事件對(duì) CC 輸出的影響（僅當(dāng)通道配置為 PWM1 或 PWM2 模式時(shí)，OCFE 才會(huì)起作用）。

  • 0：即使觸發(fā)開啟，CC1 也將根據(jù)計(jì)數(shù)器和 CCR1 值正常工作。觸發(fā)輸入出現(xiàn)邊沿時(shí)，激活CC1 輸出的最短延遲時(shí)間為 5 個(gè)時(shí)鐘周期。

  • 1：觸發(fā)輸入上出現(xiàn)有效邊沿相當(dāng)于 CC1 輸出上的比較匹配。隨后，無(wú)論比較結(jié)果如何，OC 都設(shè)置為比較電平。采樣觸發(fā)輸入和激活 CC1 輸出的延遲時(shí)間縮短為 3 個(gè)時(shí)鐘周期。

• 位 1:0 CC1S[1:0]：捕獲/比較 1 選擇 (Capture/Compare 1 selection)

• 此位域定義通道方向（輸入/輸出）以及所使用的輸入。

  • 00：CC1 通道配置為輸出。

  • 01：CC1 通道配置為輸入，IC1 映射到 TI1 上。

  • 10：CC1 通道配置為輸入，IC1 映射到 TI2 上。

  • 11：CC1 通道配置為輸入，IC1 映射到 TRC 上。此模式僅在通過(guò) TS 位（TIMx_SMCR 寄存器）選擇內(nèi)部觸發(fā)輸入時(shí)有效

    注： 僅當(dāng)通道關(guān)閉時(shí)（TIMx_CCER 中的 CC1E = 0），才可向 CC1S 位寫入數(shù)據(jù)。

3.3 計(jì)數(shù)器CNT

計(jì)數(shù)器的功能很單一，就是計(jì)數(shù)：

• 位 15:0 CNT[15:0]：計(jì)數(shù)器值 (Counter value)

3.4 預(yù)分頻器PSC

預(yù)分頻器的功能也很單一，就是分頻：

• 位 15:0 PSC[15:0]：預(yù)分頻器值 (Prescaler value)

  計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率 CK_CNT 等于 fCK_PSC / (PSC[15:0] + 1)。

  PSC 包含在每次發(fā)生更新事件時(shí)要裝載到實(shí)際預(yù)分頻器寄存器的值。

3.5 自動(dòng)重裝載寄存器ARR

自動(dòng)重裝載寄存器的功能也很單一，就是保存一個(gè)數(shù)，在計(jì)數(shù)滿的時(shí)候，重新開始計(jì)數(shù)

• 位 15:0 ARR[15:0]：自動(dòng)重載值 (Auto-reload value)

  ARR 為要裝載到實(shí)際自動(dòng)重載寄存器的值。

  當(dāng)自動(dòng)重載值為空時(shí)，計(jì)數(shù)器不工作。

3.6 捕獲/比較寄存器CCR

自動(dòng)重裝載寄存器的功能也很單一，也是保存一個(gè)數(shù)，用于與當(dāng)前的CNT進(jìn)行比較，注意 TIM2 和 TIM5是32位計(jì)數(shù)。

以CCR1寄存器（一共有CCR1~CCR4這4個(gè)通道）為例：

• 位31:16 CCR1[31:16]：捕獲/比較 1 的高 16 位（對(duì)于 TIM2 和 TIM5）。

• 位15:0 CCR1[15:0]：捕獲/比較 1 的低 16 位 (Low Capture/Compare 1 value)

  • 如果通道 CC1 配置為輸出： CCR1 是捕獲/比較寄存器 1 的預(yù)裝載值。 如果沒(méi)有通過(guò) TIMx_CCMR寄存器中的OC1PE 位來(lái)使能預(yù)裝載功能，寫入的數(shù)值會(huì)被直接傳輸至當(dāng)前寄存器中。否則只在發(fā)生更新事件時(shí)生效（拷貝到實(shí)際起作用的捕獲/ 比較寄存器1）。 實(shí)際捕獲/比較寄存器中包含要與計(jì)數(shù)器 TIMx_CNT進(jìn)行比較并在 OC1 輸出上發(fā)出信號(hào)的值。

  • 如果通道 CC1 配置為輸入： CCR1 為上一個(gè)輸入捕獲 1 事件 (IC1) 發(fā)生時(shí)的計(jì)數(shù)器值。

 

4 代碼實(shí)現(xiàn)與分析

上面介紹了定時(shí)器的基礎(chǔ)知識(shí)與PWM的輸出原理，下面就來(lái)實(shí)際看一下，如何編寫對(duì)應(yīng)的代碼（以STM32F407為例）。

4.1 定時(shí)器初始化

定時(shí)器的初始化，因?yàn)樾枰玫綄?duì)應(yīng)的引腳輸出PWM，因此要先初始化GPIO引腳，然后，還要初始化定時(shí)器的時(shí)基（計(jì)數(shù)的時(shí)鐘）以及輸出通道（用于配置PWM的輸出模式）。

4.1.1 復(fù)用引腳初始化

這里用到的是定時(shí)器3，根據(jù)STM32F407的數(shù)據(jù)手冊(cè)“3 Pinouts and pin description”中的“Table 9. Alternate function mapping”復(fù)用引腳說(shuō)明表，可以看到定時(shí)器3通道1對(duì)應(yīng)的引腳位A6:

因此程序中對(duì)A6引腳可以這樣配置，注意一定要配置引腳的復(fù)用功能：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /*引腳配置 結(jié)構(gòu)體*/

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); //使能PORTA時(shí)鐘 
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource6,GPIO_AF_TIM3); /*GPIOA6復(fù)用為定時(shí)器3*/

/*復(fù)用引腳配置*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;      //GPIOA6
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;    /*復(fù)用功能*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; //速度100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;   //推挽復(fù)用輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;    //上拉
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);        //初始化PA6

 

4.1.2 時(shí)基初始化

時(shí)基初始化，主要是配置定時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率（psc）和自動(dòng)重裝置值（每次計(jì)數(shù)的周期，arr），比如TIM3_PWM_Init(500-1,84-1);

（關(guān)于psc與arr的知識(shí)點(diǎn)，可以再回顧一下上面1.3節(jié)的知識(shí)）

這里將arr的值設(shè)置為500，即計(jì)數(shù)器每計(jì)夠500個(gè)數(shù)就會(huì)重新從0開始計(jì)數(shù)，這個(gè)500再乘以計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的周期，就是PWM真正的周期，那計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的頻率是多少呢（頻率的倒數(shù)為周期）？

這里將psc的值設(shè)置為84-1，即TIM3的輸入頻率為84MHz再將頻率降低1/84，即使用1MHz的頻率計(jì)數(shù)（1s能計(jì)1,000,000個(gè)數(shù)，也即1us計(jì)1個(gè)數(shù)），那么PWM的真正周期就是500*1us=500us(0.5ms)，通過(guò)改變占空比的值（ccr）,就可以調(diào)節(jié)PWM的輸出占空比。

時(shí)基初始化配置如下：

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; /*時(shí)基 結(jié)構(gòu)體*/

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);  //TIM3時(shí)鐘使能  

/*時(shí)基初始化*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr;           /*ARR 自動(dòng)重裝載值(周期)，例如500*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc;         /*PSC 定時(shí)器分頻，例如84*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;   /*時(shí)鐘分割*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; /*向上計(jì)數(shù)模式*/
TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);      /*初始化定時(shí)器3*/

最后一句的時(shí)基初始化，起始就是對(duì)定時(shí)的寄存器進(jìn)行配置，該函數(shù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)如下：

void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct)
{
 uint16_t tmpcr1 = 0;
 tmpcr1 = TIMx->CR1; 

 if((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8)|| /*高級(jí)定時(shí)器TIM和TIM8*/
   (TIMx == TIM2) || (TIMx == TIM3)||(TIMx == TIM4) || (TIMx == TIM5)) /*通用定時(shí)器中的TIM2~TIM5*/
 {
  /* 設(shè)置為計(jì)數(shù)器模式 */
  tmpcr1 &= (uint16_t)(~(TIM_CR1_DIR | TIM_CR1_CMS));
  tmpcr1 |= (uint32_t)TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_CounterMode;
 }
 
 if((TIMx != TIM6) && (TIMx != TIM7)) /*基本定時(shí)器TIM6和TIM7無(wú)此功能*/
 {
  /* 設(shè)置時(shí)鐘分頻 */
  tmpcr1 &= (uint16_t)(~TIM_CR1_CKD);
  tmpcr1 |= (uint32_t)TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_ClockDivision;
 }

 /* 配置CR1寄存器 */
 TIMx->CR1 = tmpcr1;

 /* 配置ARR寄存器，設(shè)置自動(dòng)重轉(zhuǎn)載值 */
 TIMx->ARR = TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_Period ;
 
 /* 配置PSC寄存器，設(shè)置預(yù)分頻值 */
 TIMx->PSC = TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_Prescaler;
  
 if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8)) /*高級(jí)定時(shí)器TIM和TIM8*/
 {  /* 配置RCR寄存器，設(shè)置重復(fù)計(jì)數(shù)值 */
   TIMx->RCR = TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_RepetitionCounter;
 }

 /* 生成一個(gè)更新事件來(lái)立即重新加載預(yù)分頻器和重復(fù)計(jì)數(shù)器(僅針對(duì)高級(jí)定時(shí)器TIM1和TIM8)值 */
 TIMx->EGR = TIM_PSCReloadMode_Immediate;     
}

 

4.1.3 輸出通道初始化

輸出通道初始化，主要是配置輸出的一些參數(shù)，這里主要關(guān)注TIM_OCMode（模式）與TIM_OCPolarity（極性），這兩個(gè)參數(shù)是配合使用的：

• PWM模式1

  • 向上計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT時(shí)通道1為有效電平，否則為無(wú)效電平；

  • 向下計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1時(shí)通道1為無(wú)效電平，否則為有效電平。

• PWM模式2

  • 向上計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT時(shí)通道1為無(wú)效電平，否則為有效電平；

  • 向下計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1時(shí)通道1為有效電平，否則為無(wú)效電平。

這里的有效電平又是什么意思呢？怎么算有效電平？它就是通過(guò)極性來(lái)配置的：

• 輸出High模式：有效電平為高電平

• 輸出Low模式：有效電平為低電平

對(duì)比著再來(lái)看這張圖：

當(dāng)CNT的計(jì)數(shù)值小于CCR時(shí)，即t1這個(gè)時(shí)間段，輸出有效電平（TIM_OCMode_PWM1模式），而有效電平是高電平（極性為TIM_OCPolarity_High），所以PWM的IO邏輯在t1這個(gè)時(shí)間段輸出了高電平。

輸出通道的配置如下：

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; /*輸出通道 結(jié)構(gòu)體*/

/*輸出通道初始化，初始化TIM3 Channel1 PWM模式*/ 
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;       /*選擇定時(shí)器模式:TIM脈沖寬度調(diào)制模式1*/
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比較輸出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;   /*輸出極性:TIM輸出比較極性高*/
TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);            //根據(jù)指定的參數(shù)初始化外設(shè)TIM3 OC1

TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); /*使能TIM3在CCR1上的預(yù)裝載寄存器*/
TIM_ARRPreloadConfig(TIM3,ENABLE);/*ARPE使能：使能控制寄存器CR的第8位：ARPR, Auto-reload preload enable*/
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); /*使能TIM3：使能控制寄存器CR的第0位：CEN, counter enable*/

• 關(guān)于配置CCMR1、CCER寄存器

CCMR1:

CCER:

TIM_OC1Init函數(shù)對(duì)應(yīng)于輸入通道的初始化，其實(shí)就是操作CCMR1、CCER等寄存器：

void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct)
{
 uint16_t tmpccmrx = 0, tmpccer = 0, tmpcr2 = 0;
 TIMx->CCER &= (uint16_t)~TIM_CCER_CC1E;/* 關(guān)閉通道1: 復(fù)位CC1E位 */
 
 tmpccer = TIMx->CCER;/* 獲取 TIMx CCER 寄存器的值 */
 tmpcr2 = TIMx->CR2; /* 獲取 TIMx CR2 寄存器的值 */

 tmpccmrx = TIMx->CCMR1;/* 獲取TIMx CCMR1 寄存器的值 */
 tmpccmrx &= (uint16_t)~TIM_CCMR1_OC1M;  /* 復(fù)位輸出比較模式OC1M位 */
 tmpccmrx &= (uint16_t)~TIM_CCMR1_CC1S;
 tmpccmrx |= TIM_OCInitStruct->TIM_OCMode;/* 設(shè)置為輸出比較模式 */
 
 tmpccer &= (uint16_t)~TIM_CCER_CC1P;     /* 復(fù)位輸出極性CC1P */
 tmpccer |= TIM_OCInitStruct->TIM_OCPolarity; /* 設(shè)置輸出極性 */
 tmpccer |= TIM_OCInitStruct->TIM_OutputState; /* 設(shè)置輸出狀態(tài) */
  
 if((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8)) /*高級(jí)定時(shí)器的特殊配置*/
 {
  //省略。。。
 }
 
 TIMx->CR2 = tmpcr2;   /* 寫數(shù)據(jù)到TIMx的CR2寄存器 */
 TIMx->CCMR1 = tmpccmrx; /* 寫數(shù)據(jù)到TIMx的CCMR1寄存器 */
 TIMx->CCR1 = TIM_OCInitStruct->TIM_Pulse;/* 設(shè)置CCR1寄存器 */
 TIMx->CCER = tmpccer; /* 寫數(shù)據(jù)到TIMx的CCER寄存器 */
}

 

4.2 動(dòng)態(tài)改變占空比

占空比是通過(guò)修改CCR寄存器的值進(jìn)行修改的，如果定時(shí)器初始化時(shí)只設(shè)置了1次CCR的值，那么會(huì)輸出恒定占空比的PWM波；如果在定時(shí)器運(yùn)行的時(shí)候，動(dòng)態(tài)修改CCR的值，則可以實(shí)現(xiàn)PWM占空比的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

如下程序，實(shí)現(xiàn)了每隔10ms對(duì)占空比進(jìn)行一次修改，每次將高電平計(jì)數(shù)值增加5，當(dāng)增大道500（占空比100%）時(shí)，再逐漸減小到0（占空比0%），不斷循環(huán)。

u16 led0pwmval=0;  
u8 dir=1;
TIM3_PWM_Init(500-1,84-1); //84M/84=1Mhz的計(jì)數(shù)頻率,重裝載值500，所以PWM頻率為 1M/500=2Khz. 
while(1) //實(shí)現(xiàn)比較值從0-500遞增，到500后從500-0遞減，循環(huán)
{
  delay_ms(10);

  if(dir)
  {
    led0pwmval+=5; //dir==1 led0pwmval遞增
  }
  else 
  {
    led0pwmval-=5; //dir==0 led0pwmval遞減 
  }
  if(led0pwmval>500)
  {
    dir=0;     //led0pwmval到達(dá)500后，方向?yàn)檫f減
  }
  if(led0pwmval==0)
  {
    dir=1;    //led0pwmval遞減到0后，方向改為遞增
  }

  TIM_SetCompare1(TIM3,led0pwmval); /*CCR 修改比較值（占空比）*/
}

5 測(cè)試效果

將程序下載到板子，我用的一塊STM32F407的板，A6引腳上接了一個(gè)LED燈，實(shí)際效果的LED逐漸變涼，在逐漸變暗，依次循環(huán)。

再通過(guò)邏輯分析儀來(lái)查看實(shí)際的輸出波形，如下圖，測(cè)得的pwm周期0.5ms（頻率2kHz），與軟件中設(shè)定的一致。

在某一時(shí)刻，脈寬55us。




在另一時(shí)刻，脈寬0.365ms，即實(shí)現(xiàn)了PWM脈寬的動(dòng)態(tài)調(diào)整。