[stm32]——定时器与PWM的LED控制

一、stm32定时器

1、定时器简介

定时器就是用来定时的机器，是存在于STM32单片机中的一个外设。其本质就是计数器，只不过 计数器 记录的是STM32的外部情况，所接收的也是外部脉冲，而 定时器 则是由STM32自身提供的一个非常稳定的计数器，这个稳定的计数器就是STM32上连接的晶振部件。

定时器主要功能如下：

2、定时器分类

STM32总共有8个定时器，分别是2个高级定时器（TIM1、TIM8），4个通用定时器（TIM2、TIM3、TIM4、TIM5）和2个基本定时器（TIM5、TIM6 ）

三种定时器的主要区别如下：

3、通用定时器介绍

STM32的众多定时器中我们使用最多的是高级定时器和通用定时器，而高级定时器一般也是用作通用定时器的功能，下面我们就以通用定时器为例进行讲解，其功能和特点包括：

位于低速的APB1总线上(APB1)
16 位向上、向下、向上/向下(中心对齐)计数模式，自动装载计数器（TIMx_CNT）。
16 位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx_PSC)，计数器时钟频率的分频系数 为 1～65535 之间的任意数值。
4 个独立通道（TIMx_CH1~4），这些通道可以用来作为： 
        ① 输入捕获 

        ② 输出比较

        ③ PWM 生成(边缘或中间对齐模式) 

        ④ 单脉冲模式输出 

可使用外部信号（TIMx_ETR）控制定时器和定时器互连（可以用 1 个定时器控制另外一个定时器）的同步电路。
如下事件发生时产生中断/DMA（6个独立的IRQ/DMA请求生成器）： 
        ①更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发) 

        ②触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数) 

        ③输入捕获 

        ④输出比较 

        ⑤支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路 

        ⑥触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理

STM32 的通用定时器可以被用于：测量输入信号的脉冲长度(输入捕获)或者产生输出波形(输出比较和 PWM)等。   
使用定时器预分频器和 RCC 时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。STM32 的每个通用定时器都是完全独立的，没有互相共享的任何资源。

二、PWM相关介绍

  PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是一种利用脉冲宽度即占空比实现对模拟信号进行控制的技术，即是对模拟信号电平进行数字表示的方法。

  占空比（Duty Cycle），是指在一个周期内，高电平时间占整个信号周期的百分比，即高电平时间与周期的比值： 占空比=Tp/T。

1、工作原理

（1）STM32的定时器除了TIM6和TIM7，其他定时器都可以用来产生PWM输出；

（2）高级定时器TIM1和TIM8可以同时产生多达7路的PWM输出；

（3）通用定时器能同时产生多达4路的PWM输出； STM32中每个定时器有4个输入通道：TIMx_CH1~TIMx_CH4；

（4）每个通道对应1个捕获/比较寄存器TIMx_CRRx，将寄存器值和计数器值相比较，通过比较结果输出高低电平，从而得到PWM信号；

（5）脉冲宽度调制模式可以产生一个由TIMx_ARR寄存器确定频率、由TIMx_CCRx寄存器确定占空比的信号。

 如上图所示：在PWM的一个周期内，定时器从0开始向上计数，在0-t1时间段，定时器计数器TIMx_CNT值小于TIMx_CCRx值，输出低电平； 在t1-t2时间段，定时器计数器TIMx_CNT值大于TIMx_CCRx值，输出高电平； 当定时器计数器的值TIMx_CNT达到ARR时，定时器溢出，重新从0开始向上计数，如此循环。

2、PWM的一般步骤

使能定时器和相关IO口时钟。调用函数：RCC_APB1PeriphClockCmd()
RCC_APB2PeriphClockCmd()；
初始化IO口为复用功能输出。调用函数：GPIO_Init()；
这里是要把PB5用作定时器的PWM输出引脚，所以要重映射配置，所以需要开- 启AFIO时钟，同时设置重映射；调用函数：RCC_APB2PeriphClockCmd()；GPIO_PinRemapConfig()；
初始化定时器。调用函数：ARR，PSC等：TIM_TimeBaseInit()；
初始化输出比较参数。调用函数：TIM_OC2Init()；
使能预装载寄存器。调用函数：TIM_OC2PreloadConfig()；
使能定时器。调用函数：TIM_Cmd()；
不断改变比较值CCRx，达到不同的占空比效果；调用函TIM_SetCompare2()

三、定时器控制LED亮灭

1、工程创建

打开外部时钟，点击 System Core，选择RCC，在右侧弹出的菜单栏中选择Crystal/Ceramic Resonator

选择调试接口，点击 System Core，选择SYS，在右侧弹出的菜单栏中选 Serial Wire

 配置IO口，选择 PB7 作为 LED 灯的阴极输入，将其设置为 GPIO-Output，并改名为LED

配置定时器，选择定时器2来实现定时的功能。选中 TIM2，将定时器2的时钟源设置为内部时钟；设置分频系数为71，向上计数模式，计数周期为50000。
这里将分频系数设置为71，系统处理的时候会自动加1，所以此处进行的是72分频。由于时钟设置为为72MHZ，所以72分频后得到1MHZ的时钟；1MHZ的时钟，计数50000次，得到时间50000/1000000=0.05秒；每隔0.05秒，定时器2产生一次定时中断。这里要设置灯周期性的亮灭，周期为两秒，即亮一秒，灭一秒，则中断产生20次后，改变led的引脚电平。 

配置中断，允许定时器2的中断

配置时钟，将HCLK修改为 72MHz

最后就可生成项目

2、代码编写

在main主函数里面添加定时器启动代码

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

在main主函数后面添加定时器回调中断函数

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
//这里灯亮一秒，灭一秒，则中断产生20次改变一次电平
    static uint32_t time_cnt =0;   //记录中断次数
    if(htim->Instance == TIM2)   
    {
        if(++time_cnt >= 20)   //判断是否已经达到一秒
        {
            time_cnt =0;       //点灯用的中断次数归零
            HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_7);    //改变LED所接引脚的电平
        }
    }
    
}

3、实现效果

四、采用PWM模式，实现呼吸灯效果

 1、工程创建

打开外部时钟，点击 System Core，选择RCC，在右侧弹出的菜单栏中选择Crystal/Ceramic Resonator

选择调试接口，点击 System Core，选择SYS，在右侧弹出的菜单栏中选 Serial Wire

配置TIM2
clock source选择internal clock
将 Channel2 设置为 PWM Generation CH2（PWM输出通道2）
Prtscaler (定时器分频系数) 设置为71，即72分频——1MHz
Counter Mode(计数模式)设置为Up(向上计数模式)
Counter Period(自动重装载值) 设置为500，计数器从0向上计数（递增）到自动装载值，然后再次回到0开始计数，并产生一个计数溢出事件.
CKD(时钟分频因子) 设置为No Division （不分频 ）

配置USART 

 配置时钟，将 HCLK 设置为 72MHz

 然后就可生成项目

2、代码编写

在 main.c 文件中定义一个变量来记录 pwm 波形的占空比

uint16_t pwm=10; 

在main主函数中添加如下代码

HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2);

在主函数 while 循环里加入如下代码

 while(pwm<500)
      {
       pwm = pwm + 10;
       __HAL_TIM_SetCompare(&htim2,TIM_CHANNEL_2,pwm);
       HAL_Delay(20);//延时20毫秒
      }
      while(pwm>0)
      {
      pwm = pwm - 10;
      __HAL_TIM_SetCompare(&htim2,TIM_CHANNEL_2,pwm);
      HAL_Delay(20);
      }

3、实现效果

总结

定时器的学习，让我更加深入的了解到stm32的工作原理，同时实现呼吸灯的效果也感觉很有趣。

参考链接：

定时器&PWM应用编程-CSDN博客