STM32如何实现可调频率、占空比的PWM波形，且可指定输出脉冲个数？

Original strongerHuang strongerHuang 2021-01-31

读者朋友“*imYan*”问：
pwm实现频率可调和占空比可调后怎么来实现输出10个脉冲呢？我这边看有门控或者单脉冲加重复计数，黄老师平时用的什么方法？

我的回答：
使用两个TIM定时器：一个输出可调频率、占空比的PWM，一个对输出PWM脉冲计数（计时）。
1.门控方式能实现，但需要复杂的配置和计算，不推荐。
2.脉冲计数是比较实际，也是比较简单的方式；

对输出PWM脉冲计数（计时）方法有多种：
1.IO中断计数，或同步定时中断计数：用另外一个定时器，按照相同频率中断计数（类似IO中断）；

2.由PWM频率和脉冲个数，计算输出全部所需的时间，使用定时中断，关闭输出PWM；

3.利用定时器外部脉冲触发（外部时钟模式2功能），计数个数为所需脉冲个数（10个脉冲），则关闭输出PWM；
·
·
·

ⅠSTM32定时器

STM32的TIM定时器少则五六个，多则二十个。可能许多初学者觉得：那么多定时器用的完吗？那么多不是浪费吗？

这么说吧，STM32的定时器功能非常强大，之所以有那么多定时器，原因在于使用定时器的地方有许多，本文要讲的这个例子只是很基础的一个例子。

当然，可能很多人想问：利用阻塞延时，控制IO高低变化输出PWM这种方式就行啦，也很简单。其实，这种方法的弊端很大。

1.输出的PWM可能存在误差；

2.对整个系统的实时性可能有影响；

所以不建议使用该方法。

Ⅱ几种实现方法

使用两个定时器配合输出可调频率、占空比的PWM波形，且可指定输出脉冲个数的方法和原理其实不难。

输出PWM的方法就是使用TIM定时器自带有的PWM模式即可完成。主要难点在于还要控制指定输出脉冲的个数。

对于如何控制输出指定脉冲个数，下面大概说下三种方法：

1.脉冲中断计数法

IO中断，或者定时器同步（脉冲）中断。

定时器同步（脉冲）中断简单的说，就是利用定时器同时产生一个相同频率（或者说波形）的中断信号，在中断里面对其累计，累加个数为指定输出波形个数则关闭PWM波形的输出，同时关闭中断计数。

比如：我输出10个波形，10次中断（每次+1）之后，关闭输出。

它的原理，大致如下图：

此方法建议在输出高频PWM时不要使用，频繁中断对系统实时性也是有一定影响。建议低于1KHz的PWM才使用此方法。

2.定时中断法

基于上面第一种，不适合高频PWM脉冲中断。经过思考，我们是否可以将多次中断的时间累加，只响应一次中断。

原理就是把定时的时间设定为单个脉冲的n倍（n个脉冲），只使用一次中断。

它的原理，大致如下图：

看图片中的提示，建议这个地方使用一个32位的定时器，这个值可能很大。

3.脉冲触发法

此方法可以避免上面两种方法中不足的地方，相对上面两对实用性更强。电路上面，需要将PWM输出的波形，连接到另一个定时器的ETR引脚。

它的原理没什么特殊的，就是和我们常用的定时更新中断类似，只是输入信号改成PWM脉冲波形（默认为内部时钟CK_INT 如：36M）。

下面章节我就以该方法（第3种方法），PWM波形作为定时器的输入时钟的方式，用代码给大家讲述一下。

Ⅲ外部时钟源模式2实现方法

上面说过，使用PWM作为另一个定时器的输入时钟，即可达到对PWM计数的功能。

请参看手册中TIM定时器时钟选择章节。

1.输出PWM配置

/************************************************
函数名称 ： PWM_TIM_Configuration
功    能 ： PWM输出定时器配置
参    数 ： 无
返 回 值 ： 无
作    者 ： strongerHuang
*************************************************/
void PWM_TIM_Configuration(void)
{
  GPIO_InitTypeDef        GPIO_InitStructure;
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
  TIM_OCInitTypeDef       TIM_OCInitStructure;

  /* 时钟配置 */
  RCC_APB1PeriphClockCmd(PWM_TIM_CLK, ENABLE);
  RCC_AHB1PeriphClockCmd(PWM_TIM_GPIO_CLK, ENABLE);

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PWM_TIM_PIN;
  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(PWM_TIM_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

  /* 映射配置 */
  GPIO_PinAFConfig(PWM_TIM_GPIO_PORT, PWM_TIM_SOURCE, PWM_TIM_AF);
  
  /* 时基配置 */
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = PWM_PRESCALER;               //预分频值
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;        //向上计数
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xFFFF;                         //定时周期
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;            //分频因子
  TIM_TimeBaseInit(PWM_TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);

  /* PWM模式配置 */
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;                  //PWM1模式
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;      //使能输出
  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0xFFFF;                            //脉宽值
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;          //输出极性
  PWM_TIM_OCxInit(PWM_TIMx, &TIM_OCInitStructure);

  TIM_Cmd(PWM_TIMx, DISABLE);
}

初始化频率和占空比填充的值是最大值，即TIM_Period = 0xFFFF；TIM_Pulse = 0xFFFF; 实际没有使能定时器（输出的配置见下面函数接口）

2.选择外部时钟，定时中断配置

/************************************************
函数名称 ： CNT_TIM_Configuration
功    能 ： 计时定时器配置
参    数 ： 无
返 回 值 ： 无
作    者 ： strongerHuang
*************************************************/
void CNT_TIM_Configuration(void)
{
  GPIO_InitTypeDef        GPIO_InitStructure;
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
  NVIC_InitTypeDef        NVIC_InitStructure;

  /* 时钟配置 */
  RCC_APB1PeriphClockCmd(CNT_TIM_CLK, ENABLE);
  RCC_AHB1PeriphClockCmd(CNT_TIM_GPIO_CLK, ENABLE);

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = CNT_TIM_PIN;
  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(CNT_TIM_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
  
  /* 映射配置 */
  GPIO_PinAFConfig(CNT_TIM_GPIO_PORT, CNT_TIM_SOURCE, CNT_TIM_AF);

  /* NVIC配置 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = CNT_TIM_IRQn;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = CNT_TIM_Priority;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

  /* 使用外部时钟源 */
  TIM_ETRClockMode2Config(CNT_TIMx, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_Inverted, 0); 
 
  /* 时基配置 */
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;                           //预分频值
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;        //向上计数
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xFFFF;                         //定时周期
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;            //分频因子
  TIM_TimeBaseInit(CNT_TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);

  TIM_ClearFlag(CNT_TIMx, TIM_FLAG_Update);
  TIM_ITConfig(CNT_TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE);                     //使能"更新"中断

  TIM_Cmd(CNT_TIMx, DISABLE);
}

和常规的不同点在于：使用外部时钟源

TIM_ETRClockMode2Config(CNT_TIMx, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_Inverted, 0);

注意检测（捕获）极性TIM_ExtTRGPolarity_Inverted，一般PWM都是高电平为脉冲波形，下降沿才算一个波形的计数。

3.输出PWM函数接口

/************************************************
函数名称 ： PWM_Output
功    能 ： 输出PWM
参    数 ： Frequency --- 频率
            Dutycycle --- 占空比(12代表占空比为12%)
            NumPulse  --- 脉冲个数
返 回 值 ： 无
作    者 ： strongerHuang
*************************************************/
void PWM_Output(uint32_t Frequency, uint32_t Dutycycle, uint32_t NumPulse)
{
  uint32_t pwm_period;
  uint32_t pwm_pulse;

  /* 输出PWM */
  pwm_period = PWM_CK_CNT/Frequency - 1;                             //计算出计数周期(决定输出的频率)
  pwm_pulse  = (pwm_period + 1)*Dutycycle / 100;                     //计算出脉宽值(决定PWM占空比)

  TIM_Cmd(PWM_TIMx, DISABLE);                                        //失能TIM
  TIM_SetCounter(PWM_TIMx, 0);                                       //计数清零
  TIM_SetAutoreload(PWM_TIMx, pwm_period);                           //更改频率
  PWM_TIM_SetComparex(PWM_TIMx, pwm_pulse);                          //更改占空比
  TIM_Cmd(PWM_TIMx, ENABLE);                                         //使能TIM

  /* 脉冲个数计时 */
  TIM_Cmd(CNT_TIMx, DISABLE);
  TIM_SetCounter(CNT_TIMx, 0);
  TIM_SetAutoreload(CNT_TIMx, NumPulse-1);                           //设置中断更新数
  TIM_ClearFlag(CNT_TIMx, TIM_FLAG_Update);
  TIM_Cmd(CNT_TIMx, ENABLE);
}

void PWM_Output(uint32_t Frequency, uint32_t Dutycycle, uint32_t NumPulse)；

我们只需要调用该函数接口就可以实现指定个数PWM输出了。中途不用软件参数，输出结束时自动响应定时中断，关闭定时器。

中断接口函数

/************************************************
函数名称 ： CNT_TIM_IRQHandler
功    能 ： 计时中断
参    数 ： 无
返 回 值 ： 无
作    者 ： strongerHuang
*************************************************/
void CNT_TIM_IRQHandler(void)
{
  if(TIM_GetITStatus(CNT_TIMx, TIM_IT_Update) != RESET)
  {
    TIM_ClearITPendingBit(CNT_TIMx, TIM_IT_Update);

    TIM_Cmd(PWM_TIMx, DISABLE);                  //关闭PWM输出
    TIM_Cmd(CNT_TIMx, DISABLE);                  //关闭计数
  }
}

Ⅳ实际效果和代码

为方便大家，提供了一个简单裸机程序：

int main(void)
{
  System_Initializes();  while(1)
  {
    LED_TOGGLE();                 //LED变化
    Delay(5);                     //延时(约240ms)

    PWM_Output(1000, 20, 10);     //1KHz, 20%占空比, 10个脉冲
  }
}

main函数中实现效果：间隔240ms（软件延时不精确）输出10个PWM波形

波形具体情况：输出1KHz, 20%占空比, 10个脉冲精确的PWM波形

下载地址（STM32F401为例工程，STM32其他芯片类似）：

链接：https://pan.baidu.com/s/10GPPxCky8SZmU9S9pleqJg

密码：4jf3

推荐阅读：

1.关于STM32的计数和延时

2.STM32F4_TIM输出PWM波形（可调频率、占空比）

3.STM32F4_TIM输入波形捕获（脉冲频率）

Ⅴ最后

置顶公众号，不怕找不到我；
记得给我点赞哦！
微信搜索“strongerHuang” 或者扫描下面二维码、关注，在我的底部菜单查看更多精彩内容!

长按识别二维码关注

中美友好合作故事——十万名中国弃婴长大了

看个病要排队两年，癌症都被拖成晚期

不仅要看已抓谁，还须一直抓到没

和范爷分手5年后 , 李晨深夜发文高调宣布好消息 , 终于摆脱了困境！

我亲历的东航MU583空难，迫降被俄罗斯拒绝，美国空军基地伸出援手 | 二湘空间