STM32 PWM 详解（基于 STM32F429 HAL 库）

目录

前言

一、PWM 简介

二、STM32F429 的 PWM 功能

1.定时器资源

2.PWM 模式

3.PWM原理图

三、使用 HAL 库配置 STM32F429 的 PWM

1.开启时钟

2.配置定时器

3.配置通道 

4.启动定时器 

5.PWM 占空比的调节 

四、应用实例

五、总结

前言

        在嵌入式系统开发中，脉冲宽度调制（PWM）是一种常用的技术，它可以通过控制脉冲的宽度来调节输出信号的平均电压或功率。STM32 系列微控制器提供了强大的 PWM 功能，本文将详细介绍如何在 STM32F429 上使用 HAL 库实现 PWM 输出。

一、PWM 简介

        PWM 是一种数字信号调制技术，它通过在固定的周期内改变高电平和低电平的时间比例来实现对模拟信号的模拟。在 STM32 中，PWM 可以用于控制电机速度、LED 亮度、音频输出等。

二、STM32F429 的 PWM 功能

        STM32F429 微控制器具有多个定时器，其中一些定时器可以配置为 PWM 输出模式。这些定时器可以产生不同频率和占空比的 PWM 信号，以满足各种应用需求。

1.定时器资源

• STM32F429 通常具有多个通用定时器（TIM2、TIM3、TIM4 等）和高级控制定时器（TIM1、TIM8 等），这些定时器都可以配置为 PWM 输出模式。
• 每个定时器通常有多个通道，可以同时产生多个独立的 PWM 信号。

2.PWM 模式

• 边沿对齐模式：在这种模式下，计数器从 0 开始计数，当计数值达到比较值时，输出电平翻转。可以设置为向上计数、向下计数或向上 / 向下计数模式。
• 中心对齐模式：计数器从 0 开始计数，当计数值达到自动重载值的一半时，输出电平翻转，然后继续计数到自动重载值时，输出电平再次翻转并重新开始计数。

3.PWM原理图

PWM原理图如下图所示：

 如果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。那么就可以得到上面的 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，这样依次进行循环。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。

三、使用 HAL 库配置 STM32F429 的 PWM

1.开启时钟

在使用 PWM 功能之前，需要先开启相应的定时器时钟。可以使用 HAL_RCC_GetPeriphClkEnable () 函数获取时钟状态，并使用 HAL_RCC_EnablePeriphClk () 函数开启时钟。

2.配置定时器

使用 HAL_TIM_PWM_Init () 函数初始化定时器为 PWM 模式。需要设置定时器的预分频系数、自动重载值、计数模式等参数。

例如：

TIM_HandleTypeDef htim;
htim.Instance = TIMx;
htim.Init.Prescaler = prescaler;
htim.Init.Period = period;
htim.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htim.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
HAL_TIM_PWM_Init(&htim);

3.配置通道 

使用 HAL_TIM_PWM_ConfigChannel () 函数配置定时器通道为 PWM 输出模式。需要设置通道的极性、比较值等参数。

例如：

TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse = pulse;
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_x);

4.启动定时器 

使用 HAL_TIM_PWM_Start () 函数启动定时器，开始产生 PWM 信号。

例如：

HAL_TIM_PWM_Start(&htim, TIM_CHANNEL_x);

5.PWM 占空比的调节 

（1）什么是占空比？

想象一下有一个小灯，我们希望通过一个特殊的开关来控制它的亮度。这个开关不是普通的开和关，而是可以快速地一开一关，开和关的速度非常快，快到我们的眼睛都察觉不出来它在闪烁。

PWM（脉冲宽度调制）就像是这个特殊的开关。占空比呢，就是在一个固定的时间段内，这个开关打开的时间占总时间的比例。

比如说，我们把这个时间段想象成一分钟。如果占空比是 50%，那就意味着在这一分钟里，开关有一半的时间是打开的，有一半的时间是关闭的。这样小灯在这一分钟里就会有一半的时间是亮着的，一半的时间是暗着的，整体看起来就像是亮度减半了。

如果占空比是 20%，那在这一分钟里，开关只有五分之一的时间是打开的，其余时间都是关闭的，小灯就会比较暗。而如果占空比是 80%，开关大部分时间都是打开的，小灯就会很亮。

所以，占空比决定了通过 PWM 控制的设备（比如小灯、电机等）的工作状态的强度。占空比越大，设备就越接近 “完全开启” 的状态；占空比越小，设备就越接近 “完全关闭” 的状态。

（2）如何调节占空比？

可以通过修改定时器通道的比较值来调节 PWM 的占空比。比较值越大，占空比越高。

__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim, TIM_CHANNEL_x, new_pulse);

四、应用实例

以下是一个使用 STM32F429 HAL 库实现 PWM 控制 LED 亮度的示例代码：

#include "main.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"

TIM_HandleTypeDef htim;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_TIM2_Init(void);

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_TIM2_Init();

    while (1)
    {
        // 逐渐增加占空比，使 LED 亮度逐渐增加
        for (int i = 0; i <= 100; i++)
        {
            setPWM_DutyCycle(&htim, TIM_CHANNEL_1, i);
            HAL_Delay(10);
        }

        // 逐渐减小占空比，使 LED 亮度逐渐减小
        for (int i = 100; i >= 0; i--)
        {
            setPWM_DutyCycle(&htim, TIM_CHANNEL_1, i);
            HAL_Delay(10);
        }
    }
}

void SystemClock_Config(void)
{
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

    /** Configure the main internal regulator output voltage
    */
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

    /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
    * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
    */
    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 4;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 180;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 2;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = 2;
    if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct)!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    /** Activate the Over-Drive mode
    */
    if (HAL_PWREx_EnableOverDrive()!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
    */
    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;

    if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5)!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

static void MX_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    /* GPIO Ports Clock Enable */
    __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();

    /*Configure GPIO pin Output Level */
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);

    /*Configure GPIO pins : PD12 PD13 PD14 PD15 */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
}

static void MX_TIM2_Init(void)
{
    TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
    TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

    htim.Instance = TIM2;
    htim.Init.Prescaler = 100 - 1;
    htim.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim.Init.Period = 100 - 1;
    htim.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    if (HAL_TIM_Base_Init(&htim)!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
    if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim, &sClockSourceConfig)!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim)!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
    sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
    if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim, &sMasterConfig)!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 0;
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1)!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim, TIM_CHANNEL_1);
}

void Error_Handler(void)
{
    __disable_irq();
    while (1)
    {
    }
}

void setPWM_DutyCycle(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t channel, float dutyCycle)
{
    uint32_t period = htim->Instance->ARR;
    uint32_t pulse = (uint32_t)(dutyCycle * period / 100);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(htim, channel, pulse);
}

在这个示例中，我们使用 TIM2 的通道 1 产生 PWM 信号，控制连接在 PD12 引脚上的 LED 的亮度。通过逐渐改变 PWM 的占空比，实现了 LED 亮度的渐变效果。 

五、总结

        本文详细介绍了如何在 STM32F429 上使用 HAL 库实现 PWM 输出。通过配置定时器和通道，我们可以产生不同频率和占空比的 PWM 信号，用于控制各种外设。在实际应用中，可以根据具体需求调整参数，以满足不同的应用场景。希望本文对大家在使用 STM32F429 的 PWM 功能时有所帮助。