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STM32 PWM 应用

介绍​

PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是一种通过调节信号的占空比来控制输出功率的技术。在 STM32 微控制器中，PWM 常用于控制 LED 亮度、电机速度、音频信号生成等场景。STM32 的定时器模块可以轻松生成 PWM 信号，本文将逐步讲解如何配置和使用 STM32 的 PWM 功能。

PWM 的基本概念​

PWM 信号是一种周期性信号，其周期（Period）和占空比（Duty Cycle）是其主要参数：

  • 周期（Period）：PWM 信号的完整周期时间。
  • 占空比（Duty Cycle）：高电平时间与整个周期的比值，通常用百分比表示。

例如，一个 50% 占空比的 PWM 信号表示高电平时间占整个周期的一半。

STM32 定时器与 PWM​

STM32 的定时器模块可以配置为 PWM 模式，生成 PWM 信号。常用的定时器模式包括：

  • PWM 模式 1：计数器小于比较值时输出高电平，大于比较值时输出低电平。
  • PWM 模式 2：计数器小于比较值时输出低电平，大于比较值时输出高电平。

配置步骤​

以下是配置 STM32 定时器生成 PWM 信号的基本步骤：

  1. 启用定时器时钟：通过 RCC 寄存器启用定时器的时钟。
  2. 配置定时器：设置定时器的预分频器（Prescaler）和自动重装载寄存器（ARR）以确定 PWM 信号的周期。
  3. 配置 PWM 通道：设置比较寄存器（CCR）以确定占空比。
  4. 启用 PWM 输出：启动定时器并启用 PWM 输出。

代码示例​

以下是一个使用 STM32 HAL 库配置 PWM 的示例代码：

c
#include "stm32f4xx_hal.h"

TIM_HandleTypeDef htim3;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_TIM3_Init(void);

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_TIM3_Init();

    // 启动 PWM
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);

    while (1) {
        // 主循环
    }
}

static void MX_TIM3_Init(void) {
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

    htim3.Instance = TIM3;
    htim3.Init.Prescaler = 84 - 1; // 预分频器
    htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim3.Init.Period = 1000 - 1; // 自动重装载寄存器
    htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim3);

    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 500; // 占空比 50%
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
}

static void MX_GPIO_Init(void) {
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF2_TIM3;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}
备注

在上述代码中，我们使用了 TIM3 定时器的通道 1 来生成 PWM 信号。通过设置 Pulse 参数，可以调整 PWM 信号的占空比。

实际应用案例​

案例 1：控制 LED 亮度​

通过调节 PWM 信号的占空比，可以控制 LED 的亮度。占空比越高，LED 越亮；占空比越低，LED 越暗。

c
void set_led_brightness(uint16_t brightness) {
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, brightness);
}

案例 2：控制电机速度​

PWM 信号可以用于控制直流电机的速度。通过调节占空比，可以改变电机的转速。

c
void set_motor_speed(uint16_t speed) {
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, speed);
}

总结​

PWM 是 STM32 微控制器中非常重要的功能，广泛应用于各种控制场景。通过本文的学习，你应该已经掌握了如何配置和使用 STM32 的 PWM 功能，并了解了其在实际应用中的使用方法。

附加资源与练习​

  • 练习 1：尝试修改代码，使 LED 的亮度逐渐变化（呼吸灯效果）。
  • 练习 2：使用 PWM 信号控制一个舵机，尝试让舵机在不同角度之间切换。
提示

如果你对 STM32 的定时器和 PWM 功能有更深入的需求，可以参考 STM32 的参考手册和 HAL 库文档，获取更多详细信息。