蓝桥杯嵌入式开发指南 08-PWM 配置（定时器）

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实例

通过配置 PWM，在对应 I/O 口产生频率和占空比不同的方波。

电路分析

开发板可供用户使用的引脚有 PA1-PA7，查阅数据手册：

STMicroelectronicsSTM32F103 中文数据手册

可以看到我们可以使用的定时器有：TIM1、TIM2、TIM3 和 TIM5，根据往届赛题分析，蓝桥杯嵌入式开发主要考核的是定时器 TIM1、TIM2、TIM3，其中 TIM1 为高级定时器，仅出现过 1 次，用于产生互补输出的 PWM 波形，所以蓝桥杯主要考定时器 TIM2 和 TIM3，TIM1 的基本配置方法已经在前面的文章中有讲述，本节以 TIM2 和 TIM3 作为主要讲解对象。

工程建立

本次工程在上一次的工程上继续修改，复制上一次的工程作为本次的工程基础。

一般输出

初始化定时器

TIM2

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void Timer2_PWM_Init(u16 pwm_freq,u8 ch1_duty,u8 ch2_duty)
{
    u16 arr=0;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    TIM_OCInitTypeDef	TIM_OCInitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

    arr=100000-pwm_freq;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=arr-1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=72-1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM2;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_Low;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=(arr-1)*ch1_duty/100;
    TIM_OC2Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);

    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM2,ENABLE);
    TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
}

特别提醒


本次的工程是基于前面的工程进行修改，在调用了串口 2 以后，占用了 PA2 和 PA3 ，则无法使用定时器 2 通过 PA2 和 PA3 来产生 PWM 信号。

TIM3

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void Timer3_PWM_Init(u16 pwm_freq,u8 tim3_ch1_duty,u8 tim3_ch2_duty)
{
    u16 arr=0;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    TIM_OCInitTypeDef	TIM_OCInitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

    arr=1000000/pwm_freq;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=arr-1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=72-1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM2;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_Low;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=(arr-1)*tim3_ch1_duty/100;
    TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);

    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=(arr-1)*tim3_ch2_duty/100;
    TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);

    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM3,ENABLE);
    TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);	
}

波形输出

实例，给程序添加如下功能：

  • 通过 PA1 输出频率为 1KHz，占空比为 80% 的 PWM 信号；
  • 通过 PA6 输出频率为 1KHz，占空比为 60% 的 PWM 信号；
  • 通过 PA7 输出频率为 1KHz，占空比为 40% 的 PWM 信号；

修改主程序：

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int main(void)
{
    ......
    //初始化定时器2的PWM输出
    Timer2_PWM_Init(1000,80);
    
    //初始化定时器3的PWM输出
    Timer3_PWM_Init(1000,60,40);
    ......
    while(1)
    {
        ......
    }    
}

仿真观察

修改 Debug 为软件仿真模式，通过逻辑分析仪观察 PA1、PA6 和 PA7 的输出波形：

下载调试

将程序下载到开发板，通过示波器观察输出的 PWM 波形。
PA1:

PA6:

PA7:

比较输出

下载程序观察后不难发现，按照上面的方法配置定时器，在同一定时器的模式中，不同通道的输出频率都是初始化时设定的频率值，即占空比可调，频率不可调，如果要使用一个定时器产生频率和占空比均不相同的 PWM 波形，则需要使用定时器的比较输出模式。

初始化定时器

本例以 TIM3 为例进行说明：

TIM3

定义全局变量：

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u16 CH1_Val,CH2_Val;
u16 CH1_Duty,CH2_Duty;
u8 Channel_1_Flag=0;
u8 Channel_2_Flag=0;

修改 TIM3 初始化程序

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void Timer3_PWM_Init(u16 TIM3_CH1_Freq,u8 TIM3_CH1_Duty,u16 TIM3_CH2_Freq,u8 TIM3_CH2_Duty)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    TIM_OCInitTypeDef	TIM_OCInitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=0xFFFF;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=72-1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM3_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    CH1_Val=1000000/TIM3_CH1_Freq;
    CH2_Val=1000000/TIM3_CH2_Freq;
    CH1_Duty=CH1_Val*TIM3_CH1_Duty/100;
    CH2_Duty=CH2_Val*TIM3_CH2_Duty/100;

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_Toggle;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_Low;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=CH1_Val;
    TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);

    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=CH2_Val;
    TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);

    TIM_SetCounter(TIM3,0x00);
    TIM_SetCompare1(TIM3,0x00);
    TIM_SetCompare2(TIM3,0x00);

    TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);	
    TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_CC1|TIM_IT_CC2,ENABLE);
}

修改定时器 3 中断程序：

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void TIM3_IRQHandler(void)
{
    u16 Capture=0;
    if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_CC1)==SET)
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_CC1);
        Capture=TIM_GetCapture1(TIM3);
        if(Channel_1_Flag)
        {
            TIM_SetCompare1(TIM3,Capture+CH1_Duty);
        }
        else
        {
            TIM_SetCompare1(TIM3,Capture+CH1_Val-CH1_Duty);
        }
        Channel_1_Flag^=1;
    }

    if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_CC2)==SET)
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_CC2);
        Capture=TIM_GetCapture2(TIM3);
        if(Channel_2_Flag)
        {
            TIM_SetCompare2(TIM3,Capture+CH2_Duty);
        }
        else
        {
            TIM_SetCompare2(TIM3,Capture+CH2_Val-CH2_Duty);
        }
        Channel_2_Flag^=1;
    }
}

波形输出

实例，修改程序，实现如下功能：

  • 通过 PA6 输出频率为 5KHz，占空比为 60% 的 PWM 信号；
  • 通过 PA7 输出频率为 1KHz，占空比为 40% 的 PWM 信号；

修改主程序：

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int main(void)
{
    ......
    //初始化定时器3的PWM输出
    Timer3_PWM_Init(5000,60,1000,40);
    ......
    while(1)
    {
        ......
    }    
}

仿真观察

修改 Debug 为软件仿真模式，通过逻辑分析仪观察 PA6 和 PA7 的输出波形：

下载调试

PA6:

PA7:

输入捕获

STM32F103RBT6 的定时器不仅可以用于 PWM 输出，还可以用于 PWM 捕获（输入捕获功能），可用于捕获一个输入的方波信号并测算输入信号的占空比和频率。

初始化定时器

本例以初始化定时器 2 来进行输入捕获：

特别提醒


本次的工程是基于前面的工程进行修改，在调用了串口 2 以后，占用了 PA2 和 PA3 ，则无法使用定时器 2 通过 PA2 和 PA3 来产捕获 PWM 信号，故此处以 PA1 为例进行讲解。

TIM2

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void Timer2_PWM_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    TIM_ICInitTypeDef	TIM_ICInitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=0xFFFF;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=72-1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM2_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel=TIM_Channel_2;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity=TIM_ICPolarity_Rising;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_DirectTI;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler=TIM_ICPSC_DIV1;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter=0x0;
    TIM_ICInit(TIM2,&TIM_ICInitStructure);

    TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
    TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_CC2,ENABLE);
}

定时器 2 中断程序：

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void TIM2_IRQHandler(void)
{
    if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_CC2)==SET)
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_CC2);
        switch(TIM2_CH2_Capture_Mod)
        {			
            case 0:
                TIM2_CH2_Capture_T1=0;
                TIM2_CH2_Capture_T2=0;
                TIM2_CH2_Capture_Mod=1;
                TIM_SetCounter(TIM2,0);
                TIM_OC2PolarityConfig(TIM2,TIM_ICPolarity_Falling);
                break;
            case 1:
                TIM2_CH2_Capture_T1=TIM_GetCounter(TIM2);
                TIM2_CH2_Capture_Mod=2;
                TIM_OC2PolarityConfig(TIM2,TIM_ICPolarity_Rising);
                break;
            case 2:
                TIM2_CH2_Capture_T2=TIM_GetCounter(TIM2);
                TIM2_CH2_Capture_Mod=3;
                TIM_OC2PolarityConfig(TIM2,TIM_ICPolarity_Rising);
                break;	
            default:
                break;
        }
    }
}

结果输出

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void TIM2_Capture_Display(void)
{
    if(TIM2_CH2_Capture_Mod==3)
    {
        u8 Display_String[20];
        LCD_SetTextColor(Red);
        sprintf((char*)Display_String," Freq:%d Duty:%d     ",1000000/TIM2_CH2_Capture_T2,TIM2_CH2_Capture_T1*100/TIM2_CH2_Capture_T2);
        LCD_DisplayStringLine(Line7, Display_String);
        TIM2_CH2_Capture_Mod=0;
    }
}