如何利用定时器产生PWM波

 

摘要：利用定时器产生PWM波。然后利用32的外部中断和定时器来测量32输出的波形硬件：STM32F103C8T6核心板、示波器、串口调试助手所用到的的引脚为PA8和PA0。 测量方案：在第一次外部中断(上升沿触发)到之时，开启定时器，同时计数器清零。然后等待第二次中断到来，在第二次外部中断(上升沿触发)到之时，获取计数器的计数值，同时关闭计数器。因为知道了计数器计数一个数的时间，所以在第二次外部中断(上升沿触发)到之时，获取计数器的计数值，通过这个值就知道一个脉冲的时间周期。时间周期的倒数就是外部信号的频率。

一、利用TIM1的CH1产生PWM波

pwm.c

#include "pwm.h" void TIM1_PWM_Init(u16 arr,u16 psc) {    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;  TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);  //使能GPIO外设时钟使能                                                                         //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM1 CH1的PWM脉冲波形  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; //TIM_CH1  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //输出PWM的频率为200 000/100=2 000 HZ=2K 实际示波器测量 2.00055K   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //驱动(单片机提供给)计数器的时钟是72 000 000/36 0=200kHZ  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式  TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 3600; //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值 这个值要为arr：自动重装值的一半，占空比才为50%  TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高  TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx  TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE); //MOE 主输出使能   TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);  //CH1预装载使能   TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE); //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器   TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);  //使能TIM1    } pwm.h

#ifndef __PWM_H #define __PWM_H #include "sys.h" void TIM1_PWM_Init(u16 arr,u16 psc); #endif main.c

#include "delay.h" #include "sys.h"  #include "pwm.h" int main(void) {   delay_init(); //延时函数初始化    //10k  7199  //20k  3599  //8k   8999   TIM1_PWM_Init(7199,0);  //不分频，输出PWM频率=72000K/(7199+1)=10Khz   while(1)  {  } } 定时器1的通道1对应的是PA8引脚，连接示波器可以测出波形

 

二、将PA8与PA0相连接

这里利用PA8输出的PWM波形让PA0外部中断引脚测量。

三、外部中断和定时器测量频率

在配置定时器时最重要的就是配置定时器的预分频系数和重装载值。定时器的本质就是一个计数器，计数到我们设定的值后就会溢出，也就是重新从0开始开始计数。设置预分频系数就是设置计数器的频率，假设为71，F1的系统时钟为72M，经过72分频，给计数器的时钟频率就是1M,周期就是1/1M=1us。也是就1us计一个数。那么计几个数呢？这就要看重装载值ARR，这里我们设置为0XFFFF，也就是计数65536个数，就是计满整个寄存器的值。为什么要分频系数为72，重装载值为0XFFFF？这里给出详细的分析过程。 1 为什么要分频系数为72 F1的系统时钟为72M，F1的系统时钟为72M，如果不分频的话，提供给定时器的时钟就直接是72MHZ。72MHz是个什么概念？72MHz它对应的周期就是(1/72000000)秒，也就是计数器从0计数到最大值65535，只需要花费(65535/72000000)秒≈1ms。这句话的意思就是如果你不分频，计数器最大只能定时1ms。那么你的定时器每隔1ms就会溢出一次。如果经过72分频，给计数器的时钟频率就是1M,周期就是1/1M=1us，也是就1us计一个数。换句话就是可以采样的波形频率为1M，提高了采样频率。另一方面也是容易计算，计一个数1us，计count个数就是count个us，频率就是1000000/count(HZ)。 2 为什么要重装载值为0XFFFF 最大采样间隔是跟定时器的中断间隔相关的，定时器产生溢出中断后计数值CNT会自动清0，定时器的中断间隔由分频系数Prescaler和自动重装载寄存器Period决定，分频系数前面已经确定，那最大采样间隔只需要考虑自动重装载寄存器Period的设置，比如频分析系数71，自动重装寄存器值65535，则中断间隔=65536/72000000/72=65.536ms，即最大采样间隔65.536ms，如果65.536ms内没有检测到一个脉冲，则这么设定间隔是不合理的，必须想办法牺牲最小的采样时间1us(扩大分频系数)或者扩大自动重装寄存器值(16位<65535)来增加定时器中断间隔，也可以编写自己的应用函数来计算溢出的定时时间。 一般来说我们使用外部中断是不需要用到定时器的，看原子和野火的外部中断实验也没有用到外部中断。但是现在不是利用外部中断简单的处理一件事，而是利用外部中断测量频率，而测频率就涉及到时间，而只要涉及到时间，就需要用到定时器了。测量外部信号的频率，就是测量PWM波对吧！如果我们测量到一个周期的时间，那么不就知道了信号的频率了吗？ 测量方案：在第一次外部中断(上升沿触发)到之时，开启定时器，同时计数器清零。然后等待第二次中断到来，在第二次外部中断(上升沿触发)到之时，获取计数器的计数值，关闭计数器。因为我们知道了计数器计数一个数的时间，所以我们到在第二次外部中断(上升沿触发)到之时，获取计数器的计数值，通过这个值就知道一个脉冲的时间周期。时间周期的倒数就是外部信号的频率。

具体代码如下：

 

void EXTI0_IRQHandler(void) {  if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0)!= RESET)  {   EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);//清除EXTI0线路挂起位    if(CaptureNumber == 0)//第1次上升沿触发   {    TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);//使能定时器2    TIM_SetCounter(TIM2,0); //清零计数器的值，因为一开始就开始计数了    CaptureNumber++;   }   else if(CaptureNumber==1)//第2次上升沿触发   {       TimeCntValue = TIM_GetCounter(TIM2);    Capture = TimeCntValue;    CaptureNumber = 0;     TIM_Cmd(TIM2,DISABLE);//使能定时器2       }  }  } int main(void) {   float x;  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  delay_init();  uart_init(115200);  TIM2_Init();  TIM1_PWM_Init(7199,0);  //不分频,输出PWM频率=72000K/(7199+1)=10Khz  EXTIA0_Init();  while(1)  {   printf("Fre=%.2f kHz ",1000000/Capture);   delay_ms(1000);   } } 当然你可能觉得这只是测量信号的一个周期脉冲不够准确，那么也可以测量100次脉冲的时间再除以100，就是一个脉冲的时间，然后再取倒数就可以算出频率，这种方法也是可以的。具体代码如下：

void EXTI0_IRQHandler(void) {  if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0)!= RESET)  {   EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);//清除EXTI0线路挂起位    if(CaptureNumber == 0)//第1次上升沿触发   {    TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);//使能定时器2    TIM_SetCounter(TIM2,0); //清零计数器的值，因为一开始就开始计数了    CaptureNumber++;   }   else if(CaptureNumber>0&& CaptureNumber<100)   {     TimeCntValue0 = TIM_GetCounter(TIM2);       CaptureNumber++;       }   else if(CaptureNumber==100)//第100次上升沿触发   {       TimeCntValue = TIM_GetCounter(TIM2);    Capture = TimeCntValue/100;    CaptureNumber = 0;     TIM_Cmd(TIM2,DISABLE);//使能定时器2       }  }  } int main(void) {   float x;  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  delay_init();   uart_init(115200);     TIM2_Init();  TIM1_PWM_Init(7199,0);  //不分频,输出PWM频率=72000K/(7199+1)=10Khz  EXTIA0_Init();  while(1)  {   printf("Fre=%.2f kHz ",1000000/Capture);   delay_ms(1000);   } } 程序流程图

 

串口打印结果

当然测量信号频率的方法可以直接利用TIM的输入捕获的方法就可以实现。用外部中断只是另一种测量方案，具体用哪一种还要看具体情况。