STM32是如何生成PWM的

　　本文将介绍通过STM32的定时器输出PWM，如果对定时器不太熟悉的同学可以看下之前的文章《STM32基础定时器详解》，关于定时器的基础功能不再详解。
　　1、PWM介绍
　　PWM定义：脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，PWM）简称脉宽调制。通俗讲，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
　　占空比定义：占空比就是高电平所占整个周期的时间，如下图所示：
　　
　　第一个PWM波，周期为10ms，高电平的时间为4ms，所以占空比为40%，同理第二个PWM波为60%，第三个为80%。
　　PWM的频率： PWM的频率的整个周期的倒数，所以说上图PWM的周期为1/0.01，也就是100HZ。改变PWM的频率是通过改变整个的周期实现的。所以通过改变高低电平总共的时间、改变高电平占总周期的比例就可以实现任意频率、任意占空比的PWM波。
　　PWM的用途和优点：电机调速、功率调制、PID调节、通信等等，配置简单、抗干扰能力强，从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。并且让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小，噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响，这是PWM用于通信的主要原因。
　　2、STM32的管脚复用
　　STM32没有专门的PWM引脚，所以使用IO口的复用模式。首先确认PWM功能的输出管脚，使用定时器9。从下面的框图中得知，timer9只有两个输出通道，所以timer9只能输出两路PWM。
　　
　　在STM32F207数据手册中的Alternatefunction mapping图片中，timer9的两个通道分别可以复用为PA2，PA3，PE5和PE6。
　　
　　3、STM32输出PWM原理
　　下图中的①部分，在《STM32基础定时器详解》讲解过了，关于影子寄存器，也在《STM32影子寄存器》中讲述，下文不再赘述了。本文将重点在②部分，捕获/对比通道讲解，其中STM32的PWM就是利用对比通道实现的。
　　
　　Pulse Width Modulation mode allows you to generate a signal with afrequency determined by the value of the TIMx_ARR register and a dutycycle determined by the value of the TIMx_CCRx register。
　　脉冲宽度调制模式可以生成一个信号，该信号频率由TIMx_ARR 寄存器值决定，其占空比则由TIMx_CCRx 寄存器值决定。
　　从下图可以看出，当CCR寄存器和CNT计数器数值一样时，会产生动作（改变通道对应的GPIO电平）。由于CNT溢出时，重载值由TIMx_ARR寄存器值决定的。所以说TIMx_ARR寄存器值决定周期，而TIMx_CCRx寄存器值决定CNT溢出时，经过多久会产生动作（改变通道对应的GPIO电平），也就是决定了占空比。
　　
　　以向上计数为例，重载值为ARR，比较值为CRRx
　　
　　上图可以看出：
　　0-t1段，定时器计数器TIMx_CNT值小于CCRx值，输出低电平。
　　t1-t2段，定时器计数器TIMx_CNT值大于CCRx值，输出高电平。
　　当TIMx_CNT值达到ARR时，定时器溢出，重新向上计数。..循环此过程至此一个PWM周期完成。
　　上图更加形象的说明了
　　信号频率由 TIMx_ARR 寄存器值决定。
　　占空比则由 TIMx_CCRx 寄存器值决定。
　　STM32输出PWM的过程：
　　1、首先配置GPIO，配置定时器，具体参考一下代码。定时器配置参考《STM32基础定时器详解》。
　　2、捕获/比较通道使能比较通道。
　　
　　上图看到，①寄存器名字为：Capture/Compare1register。可以选择从②处输入捕获，也可以选择从从③中输出，也就是我们需要的PWM输出功能。选择捕获通道，还是选择比较通道，在框图中没有找到具体的说明，但在TIMx_CCMR1寄存器CC1S［1:0］控制位使能。
　　
　　3、使能完输出，就要配置PWM输出了
　　
　　①TIMx_CCMR1寄存器的OC1M［2:0］位，设置输出模式控制器
　　110：PWM模式1，111：PWM模式2。
　　②计数器值TIMx_CNT与通道1捕获比较寄存器CCR1进行比较，通过比较结果输出有效电平和无效电平。
　　OC1REF=0 无效电平，OC1REF=1无效电平。
　　③通过输出模式控制器产生的信号。TIMx_CCER寄存器的CC1P位，设置输入/捕获通道1输出极性。
　　0：高电平有效，1：低电平有效。
　　④TIMx_CCER:CC1E位控制输出使能电路，信号由此输出到对应引脚。
　　0：关闭，1：打开。
　　首先对PWM模式1和PWM模式2进行介绍：
　　模式1
　　在向上计数时，一旦TIMx_CNT《TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平；在向上计数时，一旦TIMx_CNT》TIMx_CCR1时通道1为无效电平（OC1REF=0），否则为有效电平（OC1REF=1）。
　　模式2
　　在向上计数时，一旦TIMx_CNT《TIMx_CCR1时通道1为无效电平，否则为有效电平；在向下计数时，一旦TIMx_CNT》TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平。
　　TIMx_CNT》TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平。
　　PWM输出高低电平由TIMx_CCMR1:OC1M位和TIMx_CCER:CC1P位共同决定。
　　总结下来：
　　模式1：
　　CNT《CCR为有效电平//（OC1REF =1）
　　CNT》CCR为无效电平//（OC1REF =0）
　　模式2：
　　CNT《CCR为无效电平//（OC1REF =0）
　　CNT》CCR为有效电平//（OC1REF =1）
　　CC1P：
　　0：高电平有效
　　1：低电平有效
　　4、STM32输出PWM配置
　　分析了原理，那么下面就分析STM32生成PWM的过程。
　　1、首先要将GPIO设置为复用输出
　　/* GPIOE clock enable */RCC_AHB1PeriphClockCmd（RCC_AHB1Periph_GPIOE， ENABLE）; /* GPIOE Configuration： TIM9 CH2 （PE6）*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP ;GPIO_Init（GPIOE， &GPIO_InitStructure）; /* Connect TIM9 pins to AF3 */ GPIO_PinAFConfig（GPIOE， GPIO_PinSource5， GPIO_AF_TIM9）;GPIO_PinAFConfig（GPIOE， GPIO_PinSource6， GPIO_AF_TIM9）;
　　2、配置定时器向上计数，配置定时器频率
　　/* TIM9 clock enable */RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_TIM9， ENABLE）;/* Compute the prescaler value */PrescalerValue = （uint16_t） （（SystemCoreClock） / 2000000） - 1;/* Time base configuration */TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000-1;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = PrescalerValue;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit（TIM9， &TIM_TimeBaseStructure）;
　　3、配置PWM输出
　　上面分析过程较为麻烦，ST提供了标准外设库，我们只需要配置TIM_OCInitTypeDef结构体即可。
　　TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;/* PWM Mode configuration： Channel1 */TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 100-1;TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;TIM_OC1Init（TIM9， &TIM_OCInitStructure）;TIM_OC1PreloadConfig（TIM9， TIM_OCPreload_Enable）; TIM_OCInitTypeDef结构体解析
　　typedef struct{ uint16_t TIM_OCMode; //PWM模式1或者模式2 uint16_t TIM_OutputState; // 输出使能OR失能 uint16_t TIM_OutputNState; // PWM输出不需要 uint32_t TIM_Pulse; // 比较值 uint16_t TIM_OCPolarity;// 比较输出极性 uint16_t TIM_OCNPolarity; // PWM输出不需要 uint16_t TIM_OCIdleState;// PWM输出不需要 uint16_t TIM_OCNIdleState; // PWM输出不需要}TIM_OCInitTypeDef; 其中TIM_Pulse可以在初始化时设置，设置完毕后，也可以通过以下接口再次更新。
　　void TIM_SetCompare1（TIM_TypeDef* TIMx， uint32_t Compare1）
　　4、使能定时器
　　TIM_ARRPreloadConfig（TIM9， ENABLE）;/* TIM9 enable counter */TIM_Cmd（TIM9， ENABLE）; 使用timer9输出PWM的波形