十四、pwm输出实验

2023-11-16

一、pwm的概述

1.pwm的工作原理

图中，假定定时器工作在向上计数

PWM 模式，且当 CNT<CCRx 时，输出 0 ，当 CNT>=CCRx 时输出 1 。那么就可以得到如上的

PWM 示意图：当 CNT 值小于 CCRx 的时候， IO 输出低电平 (0) ，当 CNT 值大于等于 CCRx 的

时候， IO 输出高电平 (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，这就是 PWM 输出的原理。

2.工作过程（以通道1为例）

CCR1:捕获比较(值)寄存器(X=1,2,3,4):设置比较值。

CCMR1: OC1M[2:0]位:
对于PWM方式下,用于设置PWM模式1【110】或者PWM模式2【111】
CCER:CC1P位:输入/捕获1输出极性。0:高电平有效,1:低电平有效。
CCER:CC1E位:输入捕获1输出使能。0:关闭,1:打开。

二、寄存器的介绍

1.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_CCMR2 控制 CH3 和 4 。该寄存器的各位描述如图所示：

2.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。

该寄存器比较简单，我们这里只用到了 CC1E 位，该位是输入 / 捕获 1 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 。

3.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 。

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。

三、函数的配置步骤

1.开启 TIM1 时钟，配置 PA8 为复用输出。

要使用 TIM1 ，必须先开启 TIM1 的时钟。

这里还要配置 PA8 为复用输出（当然还要时能 PORTA 的时钟），这是因为 TIM1_CH1 通

道将使用 PA8 的复用功能作为输出。库函数使能 TIM3 时钟的方法是：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //使能定时器 3 时钟

设置 PA8 为复用功能输出的方法

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出

2.设置 TIM1 的 ARR 和 PSC。

在开启了 TIM1 的时钟之后，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，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。这在库函数是通过 TIM_TimeBaseInit 函数实现的，调用的格式为：

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置自动重装载值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化 TIMx 的

3.设置 TIM1_CH1 的 PWM 模式及通道方向, 使能 TIM1 的 CH1 输出。

接下来，要设置 TIM1_CH1 为 PWM 模式（默认是冻结的），因为的 DS0 是低电

平亮，而希望当 CCR1 的值小的时候， DS0 就暗， CCR1 值大的时候， DS0 就亮，所以我要通过配置 TIM1_CCMR1 的相关位来控制 TIM1_CH1 的模式。在库函数中， PWM 通道设

置是通过函数 TIM_OC1Init()~TIM_OC4Init() 来设置的，不同的通道的设置函数不一样，这里我使用的是通道 1 ，所以使用的函数是 TIM_OC1Init() 。

void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct) ；

这种初始化格式大家学到这里应该也熟悉了，所以直接来看看结构体 TIM_OCInitTypeDef

的定义：

typedef struct
{
uint16_t TIM_OCMode;
uint16_t TIM_OutputState;
uint16_t TIM_OutputNState; */
uint16_t TIM_Pulse;
uint16_t TIM_OCPolarity;
uint16_t TIM_OCNPolarity;
uint16_t TIM_OCIdleState;
uint16_t TIM_OCNIdleState;
} TIM_OCInitTypeDef;

这里我们讲解一下与要求相关的几个成员变量：

参数 TIM_OCMode 设置模式是 PWM 还是输出比较，这里我们是 PWM 模式。

参数 TIM_OutputState 用来设置比较输出使能，也就是使能 PWM 输出到端口。

参数 TIM_OCPolarity 用来设置极性是高还是低。

其他的参数 TIM_OutputNState ， TIM_OCNPolarity ， TIM_OCIdleState 和 TIM_OCNIdleState 是

高级定时器 TIM1 和 TIM8 才用到的。

要实现我们上面提到的场景，方法是：

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择 PWM 模式 2
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性高
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //初始化 TIM1 OC1

4.使能 TIM1。

在完成以上设置了之后，需要使能 TIM1 。使能 TIM1 的方法：

TIM_Cmd(TIM1, ENABLE); //使能 TIM1

5.设置 MOE 输出，使能 PWM 输出。

普通定时器在完成以上设置了之后，就可以输出 PWM 了，但是高级定时器，还需要

使能刹车和死区寄存器（ TIM1_BDTR ）的 MOE 位，以使能整个 OCx （即 PWM ）输出。库函

数的设置函数为：

TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);// MOE 主输出使能

6.修改 TIM1_CCR1 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 TIM1_CCR1 则可以控制 CH1 的输出占空比。继而控制 DS0 的亮度。

在库函数中，修改 TIM1_CCR1 占空比的函数是：

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1)；

理所当然，对于其他通道，分别有一个函数名字，函数格式为 TIM_SetComparex(x=1,2,3,4) 。

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