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11. 通用定时器-PWM
1. 实验内容及步骤：
?????? 1. 通过定时器2，经过分频和重装载值生成50Hz=20ms的周期的中断，并且在50次中断后（即1s），让LED反转。
?????? 2. 通过定时器2通道1（PA0）的PWM输出，实现LED呼吸灯。
2. 硬件说明
本电路的硬件如下图所示，LED灯与GPIOB5相连，低电平亮，高电平灭。
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3. 步骤详细讲解
3.1定时器配置
?????? 1. 时钟的选择，选择内部时钟源；
?????? 2. 计数模式的选择，选择向上计数；
?????? 3. 定时器分频选择，内部时钟源=2*APB1=72M，分频720得到定时器的时钟100KHz
?????? 4. 自动重装载：配置为2000，即100KHz/2000=50Hz=20ms(周期)；
?????? 5. 中断源配置：配置只有上下溢出中断，使能中断。
????? 1. 时钟选择
?????? 内部时钟源:
?????? TIMx_SMCR寄存器中的SMS[2:0]=000, 关闭从模式
?????? 本实验中使用内部时钟：
????????????? TIMx_SMCR &= ~((u32)0x07<<0);??? //关闭从模式
?????? TIMx_CR1寄存器的CEN（第0位），决定定时器的使能/禁止。
?????? 内部时钟源(CK_INT)??? CEN位被写成’1’。
?????? 本实验中：
????????????? TIMx_CR1 |= ((u32)0x01<<0);??? //使能计数器
??????
????? 2. 计数方向选择
?????? TIMx_CR1的CMS[1:0]=00, 边沿对齐模式。计数器依据方向位(DIR)向上或向下计数。
?????? TIMx_CR1的DIR位，决定了定时器的计数方向。
?????? 本实验中配置位向上计数模式：
????????????? TIMx_CR1 &= ~((u32)0x03<<5)；???? // 边沿对齐模式
????????????? TIMx_CR1 &= ~((u32)0x01<<4); ?????? //向上计数模式
????? 3. 定时器时钟分频
?????? 定时器时钟为CK_CNT=F(CK_PSC)/(PSC[15:0]+1)。
?????? 本实验中：
????????????? 已知定时器2的时钟源F(CK_PSC)=2*APB1（72MHz）
????????????? 分频值720-1，定时器时钟CK_CNT=72M/（720-1+1）=100KHz
????? 4. 自动重装在值
?????? 本实验中：
?????? ?????? 自动重装载值为2000，则定时器中断周期为：100KHz/2000=50Hz=20ms。
????? 5. 更新中断使能
?????? 配置只有上下溢出中断，由TIMx_CR1寄存器中的USR（第二位）决定。
?????? TIMx_CR1 |= ((u32)0x01<<2);??? ??? //只有上下溢出才中断
?????? 更新中断使能在TIMx_DIER寄存器中的UIE（第0位）。
?????? 本实验中：
????????????? TIMx_DIER |= (u32)0x01<<0;???? //使能中断
?????? NVIC中断优先级配置和使能；
?????? SET_NVIC_IP(TIM2_IRQn,14); ?????????//NVIC中断使能（这个是自己写的函数）
?????? 此时配置定时器2中断优先级为14，使能NVIC TIM2中断管理器。
????? 6. 中断函数
?????? 在中断函数中，通过判断TIMx_SR状态寄存器中的UIF（第0位）来确定是否为更新中断。
?????? 为1，则表示为更新中断，需要软件清除。
?????? 中断函数如下所示：
????????????? 进入中断50次后（即1S），LED灯反转。
3.2定时器输出PWM配置
????? PWM配置步骤：
?????? 1. PWM的GPIO配置；
?????? 2. TIM2配置；
?????? 3. PWM占空比设置；
?????? 4. 配置有效电平极性；
?????? 5. 配置PWM的模式；
?????? 6. 配置相应的预装载寄存器缓冲；
?????? 7. PWM输出使能；
????? 1. PWM的GPIO配置
?????? TIM2的比较通道1（PA0）应该配置为推挽复用输出。
?????? 本函数自己写的：
?????? GPIOX_PIN_SetMode(GPIOA,0,GPIOx_AF_PP|GPIOx_OUT_10M);?? //PA0 复用推挽输出
????? 2. TIM2配置
?????? 如3.1 定时器配置一致。
?????? 本实验中配置TIM2的时钟为：72M/720=100KHz（定时器时钟）100K/2000=50Hz=20ms(周期)
????? 3.PWM占空比设置
?????? PWM占空比由TIMx_CCRx寄存器进行配置，寄存器的说明如下所示：
?????? 本实验中配置初始占空比为50%，即：
????????????? TIMx_CCRx= 1000;??????? ??//占空比50%
????? 4. 配置有效电平极性
?????? OCx的极性即比较后有效结果时，输出的电平。其寄存器说明如下所示：
?????? TIMx_CCER寄存器中的CC1P位（位1），决定有效电平是高电平还是低电平。
?????? 本实验中配置为高电平有效：
?????? TIMx_CCER &= ~(0x01<<1);?? //OC1高电平有效
????? 5. 配置PWM的模式
?????? 在TIMx_CCMRx寄存器中的OCxM位写入’110’(PWM模式1)或’111’(PWM模式2)。TIMx_CCMRx寄存器中的OCxM位如下所示:
?????? 在TIMx_CCMRx寄存器中的OCxM位写入’110’(PWM模式1)或’111’(PWM模式2)
????????????? 向上计数配置：
????????????? PWM模式1：当TIMx_CNT<TIMx_CCRx时PWM信号参考OCxREF为高；
????????????? 向下计数的配置：
????????????? 当TIMx_CNT>TIMx_CCRx时参考信号OCxREF为低；
?????? 本实验中使用PWM模式，使用PWM模式1：
?????? TIMx_CCMRx &= ~(0x07<<4);? //清空输出比较1模式
TIMx_CCMRx |= 0x06<<4;???? //模式1
????? 6. 配置相应的预装载寄存器
这一步骤是配置其作用主要为：写比较寄存器后，是否需要缓冲。有缓冲的话，更新事件到来才更新到相应的寄存器；没有的话就直接更新到相应的寄存器。有没有问题都不是很大。
?????? 本实验中开启预装载使能：
?????? TIMx_CCMR1 |= 0x01<<3;???? //输出比较1预装载使能
????? 7.PWM输出使能
?????? TIMx_CCER寄存器中的CCxE位控制OCx输出使能。OCx位如下图所示：
?????? 使用PWM需要使能输出：
?????? TIMx_CCER |= (0x01<<0);?? //开启输出
????? 8.呼吸灯实现
?????? 没10ms进行PWM的值增加10或减小10，实现呼吸灯的效果。
4. 程序设计（寄存器）
?????? 定时器中断见源码，这里通过TIM2-PWM实现LED成呼吸灯
?????? 配置步骤：
?????? 1. GPIO时钟使能，TIM时钟使能；
?????? 2. 配置PWM输出的GPIO为：推挽输出；
?????? 3. 配置定时器TIM2的分频，预装载值，上下计数模式，定时器使能；
?????? 4. 中断管理器NVIC使能，优先级配置（如果需要中断的话）；
?????? 5. 配置PWM占空比，模式，有效极性，比较使能；
?????? 6. 编写PWM修改函数。
?????? 源码：这里只列出配置TIM2-PWM部分
//初始化定时器2
//APB1 = 72MHz
void TIM2_Config(u16 psc,u16 arr)
{
//时钟
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN;
//时钟选择(内部时钟源)
TIM2->SMCR &= ~((u32)0x07<<0); //关闭从模式
//计数方向选择
TIM2->CR1 &= ~((u32)0x03<<5); // 边沿对齐模式
TIM2->CR1 &= ~((u32)0x01<<4); //向上计数模式
//预分频
TIM2->PSC = psc; //分频
//重装载值
TIM2->ARR = arr; //重装在值
//清空计数器
TIM2->CNT = 0; //清空当前计数器
//使能中断
TIM2->CR1 |= ((u32)0x01<<2); //只有上下溢出才中断
TIM2->DIER |= (u32)0x01<<0; //允许更新中断
SET_NVIC_IP(TIM2_IRQn,14); //NVIC中断使能
//使能定时器
TIM2->CR1 |= ((u32)0x01<<0); //使能计数器
}
/*
TIM2_PWM_配置
*/
void TIM2_PWM_Config(void)
{
//GPIO初始化
GPIOX_PIN_SetMode(GPIOA,0,GPIOx_AF_PP|GPIOx_OUT_10M); //PA0 复用推挽输出
//TIM2初始化
TIM2_Config(720-1,2000-1); // 72M/720=100KHz 100K/2000=50Hz=20ms(周期)
//比较寄存器
TIM2->CCR1 = 1000; //占空比50%
//输出比较1模式（模式1）
TIM2->CCMR1 &= ~(0x07<<4); //清空输出比较1模式
TIM2->CCMR1 |= 0x06<<4; //模式1
//输出比较1预装载使能
TIM2->CCMR1 |= 0x01<<3; //输出比较1预装载使能
//比较1输出极性
TIM2->CCER &= ~(0x01<<1); //OC1高电平有效
//使能比较1输出
TIM2->CCER |= (0x01<<0); //开启
}
/*
设置比较输出1的PWM
*/
void Set_TIM2_PWM_CH1(u16 pwm)
{
TIM2->CCR1 = pwm;
}
void TIM2_IRQHandler(void)
{
static u16 i=0;
if(TIM2->SR&0x01) //判断更新中断
{
i++;
if(i>=50-1) //50次 1S
{
i=0;
//BPB_OUT(5) = !BPB_OUT(5);
printf("1S计时\r\n");
}
}
TIM2->SR &= ~((u32)0x01<<0); //清除中断标志位
}
5. 程序设计（标准库）
?????? 配置步骤：
?????? 1. GPIO时钟使能，TIM时钟使能；
?????? 2. 配置PWM输出的GPIO为：推挽输出。通过GPIO_InitTypeDef结构体配置；
?????? 3. 配置定时器TIM2的分频，预装载值，上下计数模式。通过TIM_TimeBaseInitTypeDef结构体配置；
?????? 4. 中断管理器NVIC使能，优先级配置（如果需要中断的话）。通过NVIC_InitTypeDef结构体进行配置；
?????? 5. 配置PWM占空比，模式，有效极性，比较使能。通过TIM_OCInitTypeDef结构体配置；
?????? 6. 定时器使能函数，使用：TIM_Cmd函数使能；
?????? 7. PWM修改函数为：TIM_SetCompare1函数。
?????? 源码：这里只列出配置TIM2-PWM部分
#define TIM_x TIM2
#define TIM_NVIC_IRQ TIM2_IRQn
#define TIM_NVIC_PP 13
#define TIM_NVIC_SP 0
#define PWM_GPIOX GPIOA
#define PWM_GPIOX_PIN GPIO_Pin_0
#define PWM_GPIOX_MODE GPIO_Mode_AF_PP //复用推挽
//初始化定时器2
//APB1 = 72MHz
void TIM2_Config(u16 psc,u16 arr)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
//时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1ENR_TIM2EN,ENABLE); //TIM2定时器
//定时器基本配置
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = psc; //分频
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = arr; //从装在值
TIM_TimeBaseInit(TIM_x,&TIM_TimeBaseInitStruct);
//中断配置
TIM_ITConfig(TIM_x,TIM_IT_Update,ENABLE);
//优先级配置
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = TIM_NVIC_IRQ;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = TIM_NVIC_PP;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = TIM_NVIC_SP;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct); //设置中断优先级
//定时器使能
TIM_Cmd(TIM_x,ENABLE);
}
/*
TIM2_PWM_配置
*/
void TIM2_PWM_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
//GPIO初始化
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = PWM_GPIOX_MODE;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = PWM_GPIOX_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(PWM_GPIOX, &GPIO_InitStruct); //复用推挽输出
//TIM2初始化
TIM2_Config(720-1,2000-1); // 72M/720=100KHz 100K/2000=50Hz=20ms(周期)
//通道配置
TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //PWM1模式
TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较使出使能
TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //有效电平 高电平
TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 1000; //占空比50%
TIM_OC1Init(TIM_x, &TIM_OCInitStruct);
}
//中断函数
void TIM2_IRQHandler(void)
{
static u16 i=0;
if(TIM_GetITStatus(TIM_x,TIM_IT_Update)) //判断更新中断
{
i++;
if(i>=50-1) //50次 1S
{
i=0;
//BPB_OUT(5) = !BPB_OUT(5);
printf("1S计时\r\n");
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM_x,TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}
6. 程序设计（HAL库）
?????? HAL库与标准库的定时器区别主要在:HAL库进行高度封装，使用相对简便，很多判断标志位和清除标志位都由HAL库完成了。
?????? 总结出HAL库的操作：初始化+使能。
?????? 配置步骤：
?????? 1. GPIO时钟使能，TIM时钟使能；
?????? 2. 通过HAL_TIM_Base_Init函数初始化定时器操作；
?????? 3. 通过HAL_TIM_Base_Start_IT函数使能定时器，并使能中断；
?????? 4. 通过HAL_NVIC_SetPriority、HAL_NVIC_EnableIRQ使能NVIC中断管理和优先级；
?????? 5. 通过HAL_TIM_OC_ConfigChannel初始化PWM配置；
?????? 6. 通过HAL_TIM_OC_Start使能PWM；
?????? 7. 可在HAL_TIM_Base_MspInit回调函数中初始化GPIO；
?????? 8. 在中断中调用HAL_TIM_IRQHandler中断处理函数（其具有标志位判断和清除功能，能够降低开发难度）；
?????? 9. 在更新回调函数（HAL_TIM_PeriodElapsedCallback）中编写更新中断内容；
?????? 源码：这里只列出配置TIM2-PWM部分
#include "My_GP_TIM.h"
#include "stdio.h"
#include "My_exti.h"
#include "My_bit.h"
#include "My_gpio.h"
//TIM2
TIM_HandleTypeDef TIM2_HandleStruct;
#define TIM_x TIM2
#define TIM_NVIC_IRQ TIM2_IRQn
#define TIM_NVIC_PP 13
#define TIM_NVIC_SP 0
#define PWM_GPIOX GPIOA
#define PWM_GPIOX_PIN GPIO_PIN_0
#define PWM_GPIOX_MODE GPIO_MODE_AF_PP //复用推挽
//初始化定时器2
//APB1 = 72MHz
void TIM2_Config(u16 psc,u16 arr)
{
//时钟
__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE(); //TIM2定时器
//定时器基本配置
TIM2_HandleStruct.Instance = TIM_x;
TIM2_HandleStruct.Init.Prescaler = psc; //分频
TIM2_HandleStruct.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; //向上计数
TIM2_HandleStruct.Init.Period = arr; //从装在值
TIM2_HandleStruct.Channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1; //通道1
HAL_TIM_Base_Init(&TIM2_HandleStruct);
//中断配置
HAL_TIM_Base_Start_IT(&TIM2_HandleStruct);
//优先级配置
HAL_NVIC_SetPriority(TIM_NVIC_IRQ,13,0); //响应优先级为13 最低
HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM_NVIC_IRQ); //使能中断线
}
/*
TIM2_PWM_配置
*/
void TIM2_PWM_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Init;
TIM_OC_InitTypeDef TIM_OC_InitStruct;
//时钟
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
//GPIO初始化
GPIO_Init.Mode = PWM_GPIOX_MODE;
GPIO_Init.Pin = PWM_GPIOX_PIN;
GPIO_Init.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;
HAL_GPIO_Init(PWM_GPIOX,&GPIO_Init); //复用推挽输出
//TIM2初始化
TIM2_Config(720-1,2000-1); // 72M/720=100KHz 100K/2000=50Hz=20ms(周期)
//通道配置
TIM_OC_InitStruct.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; //PWM1模式
TIM_OC_InitStruct.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; //有效电平 高电平
TIM_OC_InitStruct.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_SET; //比较使出使能
TIM_OC_InitStruct.Pulse = 1000; //占空比50%
HAL_TIM_OC_ConfigChannel(&TIM2_HandleStruct,&TIM_OC_InitStruct,TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_OC_Start(&TIM2_HandleStruct,TIM_CHANNEL_1);
}
//中断函数
void TIM2_IRQHandler(void)
{
HAL_TIM_IRQHandler(&TIM2_HandleStruct);
}
//更新事件回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
static u16 i=0;
i++;
if(i>=50-1) //50次 1S
{
i=0;
//BPB_OUT(5) = !BPB_OUT(5);
printf("1S计时\r\n");
}
}
7. 实验结果
?????? 1. 每隔1S，定时器中断中会输出“1S计时”；
?????? 2. PWM呼吸灯实验，LED灯会呈现呼吸效果；
8. 源码下载
????????源码下载