8.4 PWM输出功能

title: 定时器

8.4.1 基本介绍

PWM( Pulse Width Modulation ) 脉冲带宽调制是一种对模拟信号电平进行数字编码的方式。
$$
占空比：Duty=\frac{T_{on}}{period}\times100%
$$
$$
平均电压=峰值\times占空比
$$

8.4.2 捕获 / 比较通道

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  • 捕获 / 比较通道由三个模块组成：输入捕获单元、捕获/比较寄存器、输出比较单元。
  • 每个计时器都有4个通道：
    • 每个通道都有3个模块，但每个通道只能选择一个，捕获或是比较功能。
    • 每个通道的模块是独立的，但是==共用一个时基单元，故可产生不同占空比的PWM波，但他们的周期是一样的，CCCR不同，ARR和PSC相同==

8.4.3 PWM的数据类型data type

1 OCMode 输出比较模式

2 Pulse

用于设置捕获比较值CCR

3 OCPolarity 极性 & PWM1、2

  • TIM_OCPOLARITY_HIGH：有效电平是高电平

  • TIM_OCPOLARITY_LOW

  • PWM1：

    • ==递增计数==：TIMx_CNT（计数值） < TIMx_CCR（捕获比较值）时，输出==有效电平。==
    • ==递减计数==：TIMx_CNT（计数值） < TIMx_CCR（捕获比较值）时，输出==无效电平。==

  • PWM2:

    • ==递增计数==：TIMx_CNT（计数值） < TIMx_CCR（捕获比较值）时，输出==无效电平。==
    • ==递减计数==：TIMx_CNT（计数值） < TIMx_CCR（捕获比较值）时，输出==有效电平。==

相同==增减方式==和相同==有效电平==情况下，PWM1和PWM2为==互补输出==。

4 OCFastMode

8.4.4 PWM输出的两个HAL函数

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>> 轮询方式启动PWM
HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1); 

>> 设置 CRR 捕获比较值
__HAL_TIM_SET_COMPARE(__HANDLE_, ___CHANNEL__, ___COMPARE__);
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, duty);

8.5 输入捕获

8.5.1 公式

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==如果信号周期大于完整的计数周期（0–ARR）==
$$
Diff=COUNT*(ARR+1)-CCRx_1+CCRx_2
$$

8.5.x 信号测量

1 任务要求

2 实现

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>> 主程序
>> period = CapVal[2]-CapVal[0]
>> hightime = CapVal[1]-CapVal[0]
>> 
uint32_t CapVal[3] = {0};    // 存放捕获值
uint32_t CapIndex = 0;       // 捕获状态指示：0，没有开始捕获；n，完成n次捕获；

volatile uint32_t CapFlag = 0;  // 捕获完成标志：0表示未完成；1表示完成
uint32_t period = 0;            // 存放周期
uint32_t hightime = 0;          // 存放高电平脉冲宽度

int main(void)
{
	printf("/* Timer Capture Function */ \r\n");  // 发送提示
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);     // 将tim3的PWM作为输入信号
	HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);    // 启用tim2的输入捕获

	while(1)
	{
		if( CapFlag == 1 ) {
			//周期测量
			if( CapVal[2] >= CapVal[0] ) {  // 计数在一个周期内
				period = CapVal[2]-CapVal[0];
			} else {
				period = 0xFFFFFFFF + 1 - CapVal[0] + CapVal[2];
			}
			printf("Period   :%.2fms\r\n", period/100000.0);    // 计算信号周期
			printf("frequency:%dHz\r\n", 100000000/period);    // 计算周期
			
			//占空比测量
			if( CapVal[1] >= CapVal[0] ) {  // 计数在一个周期内
				hightime = CapVal[1]-CapVal[0];
			} else {
				hightime = 0xFFFFFFFF + 1 - CapVal[0] + CapVal[1];
			}
			printf("hightime :%.2fms\r\n", hightime/100000.0);    // 计算高电平持续时间
			printf("duty     :%.1f%%\r\n", hightime/period*100.0);    // 计算占空比
			printf("*******************************\r\n");
			CapFlag = 0;  // 表示一次计算完成，可以开始下一次测量

			HAL_Delay(1000);
			HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
		}
	}
}
  • 0xFFFFFFFF即自动重载值，避免溢出时造成计数混乱。
  • period / 100,000 是因为tim2未PSC，只有ARR=0xFFFFFFFF，但这与计数count无关，所以count的周期为0.01us=1/100,000ms，周期单位为ms.
  • 其中频率为100,000,000 / period是因为上面的周期是ms单位，那么频率是跟s有关的，所以乘1000.
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>>回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if( htim->Instance == TIM2 ) {
		if( htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1 ) {
			switch( CapIndex ) {
				case 0: {           // 存放第一次捕获的CCR值,并修改为下降沿捕获
					CapVal[0] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1);
					__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_1, \
					TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING);
					CapIndex = 1;  // 表示捕获1次
					break;
				}
				case 1: {          // 存放第二次捕获的CCR值,并修改为上升沿捕获
					CapVal[1] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1);
					__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_1, \
					TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
					CapIndex = 2;  // 表示捕获2次
					break;     // 捕获完成
				} 
				case 2: {
					CapVal[2] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1);
					HAL_TIM_IC_Stop_IT(htim, TIM_CHANNEL_1);  //停止捕获
					CapIndex = 0;
					CapFlag = 1;   // 捕获完成标志
					break;
				}
				default: {
					Error_Handler(); // 出错指示
					break;
				}
			}
		}	
	}
}
  • 其中判断中断采用的时==ACTIVE_CHANNEL_1==，表示的是判断中断产生中==正在活动的通道==。
  • 还可以在一次上升沿之后修改为双边沿，就少修改一次触发方式，见[[嵌入式/作业/8 定时器 timer#6.3 Answer|8 定时器 timer]]