單片機輸出PWM的常見方法

PWM的應用可以說非常廣泛，控制電機速度、燈光亮度、通信調(diào)制等眾多領域。

PWM的問題小伙伴問的比較多，最近也在用PWM，這里就分享一下關于PWM的一些內(nèi)容。

什么是PWM？

PWM： Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制。

網(wǎng)上的解釋很多，通過下圖，你就能直觀的理解PWM，其實就是高低電平組成的脈沖信號。

通過改變其中頻率（脈沖周期）、占空比，就能應用在很多場合。

PWM常見輸出方式

通過上面描述，PWM就是一個IO口以不同的時間周期輸出高、低電平。

1.新手 （菜鳥） 級別

while循環(huán)中，阻塞延時，控制IO口高低輸出：

while(1)
{
  IO口高電平
  Delay阻塞延時
  IO口低電平
  Delay阻塞延時
}

阻塞延時可以是：軟件模擬延時，定時器阻塞延時等。

2.入門 （初級） 級別

while循環(huán)中，非阻賽延時，控制IO口高低輸出：

while(1)
{
  IO口高電平
  Delay非阻塞延時
  IO口低電平
  Delay非阻塞延時
}

非阻賽延時可以是：定時器標識檢測、RTOS（系統(tǒng)）延時等。

3.熟悉 （中級） 級別

定時器中斷控制IO高低電平輸出：

定時器中斷配置 ——> 啟動定時器 ——> 響應中斷，控制IO高低電平···

4.熟練 （中級+） 級別

定時器PWM硬件控制輸出：

配置PWM對應的IO，以及定時器PWM輸出 ——> 啟動PWM自動輸出···

void AppTask(void *p_arg)
{
  PWM_TIM_Configuration();


  PWM_Output(頻率, 占空比);


  while(1)
  {
    //自己的應用代碼
  }
}

比較：

上面幾種PWM輸出方式，前面三種都會CPU干預PWM的輸出，也就是會占用CPU資源，特別是前面兩種方式，不僅占用CPU，誤差還比較大。

使用第三種中斷方式，如果頻率比較高，CPU消耗的也比較嚴重。這種情況適合于沒有硬件PWM輸出的單片機。

第四種就是單片機自帶硬件PWM輸出功能，只需要簡單配置就可以自動輸出PWM波形，無需CPU干預。

硬件輸出PWM例子

這里以大家熟悉的STM32F1為例：為大家簡單分享一下硬件定時器輸出PWM波形。

PWM定時器相關宏定義：

//定時器計數(shù)時鐘(1M次/秒)
#define PWM_COUNTER_CLOCK         1000000


//預分頻值(與系統(tǒng)時鐘、計數(shù)值有關)
#define PWM_PRESCALER_VALUE       (SystemCoreClock/PWM_COUNTER_CLOCK - 1)

**PWM配置：

**

/**
  * @brief  定時器PWM輸出配置
  * @param  無
  * @retval 無
  */
void PWM_TIM_Configuration(void)
{
  GPIO_InitTypeDef        GPIO_InitStructure;
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
  TIM_OCInitTypeDef       TIM_OCInitStructure;


  /* 時鐘配置 */
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);


  /* 引腳配置 */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_0;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);


  /* 時基配置 */
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = PWM_PRESCALER_VALUE;         //預分頻值
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;        //向上計數(shù)
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xFFFF;                         //定時周期(暫定值)
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;            //分頻因子
  TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);


  /* PWM模式配置 */
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;                  //輸出PWM1模式
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;      //使能輸出
  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;                                 //脈寬值(暫定值)
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;          //輸出極性(TIM_OC1對應通道1)
  TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
}

PWM輸出函數(shù)接口：

/**
  * @brief  輸出PWM
  * @param  Frequency:頻率
            Dutycycle:占空比
  * @retval 無
  */
void PWM_Output(uint32_t Frequency, uint32_t Dutycycle)
{
  uint32_t tim_period;
  uint32_t tim_pulse;


  tim_period = PWM_COUNTER_CLOCK/Frequency - 1;                      //計算出計數(shù)周期(決定輸出的頻率)
  tim_pulse  = (tim_period + 1)*Dutycycle / 100;                     //計算出脈寬值(決定PWM占空比)


  TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);                                            //失能TIM
  TIM_SetCounter(TIM2, 0);                                           //計數(shù)清零
  TIM_SetAutoreload(TIM2, tim_period);                               //更改頻率
  TIM_SetCompare1(TIM2, tim_pulse);                                  //更改占空比(TIM_SetCompare1對應通道1)
  TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);                                             //使能TIM
}

初始化配置，調(diào)用函數(shù)接口，直接就輸出PWM波形了：

void AppTask(void *p_arg)
{
  PWM_TIM_Configuration();


  PWM_Output(1000, 20);


  while(1)
  {
    //自己的應用代碼
  }
}

輸出PWM波形：

說明：

本例使用的是STM32標準外設庫，如果要深入理解其中原理，還是建議使用標準外設庫。

當然，如果想要快速使用PWM這個功能，不想理解其原理，可以直接使用STM32CubeMX配置生成代碼：

配置注意事項

想要更加精確控制，并更加滿足應用層的需求，就需要自己一步一步深入了解原理。

下面說幾點常見的問題吧。

1.引腳映射

如果你使用的引腳需要映射，就需要配置對應的參數(shù)。

比如：STM32F1使用PB11（需要查看數(shù)據(jù)手冊）：

需要增加對應的“映射”代碼：

//復用功能
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);


//定時器（PWM）引腳映射
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM2, ENABLE);

2.頻率和占空比精度

如果使用32位定時器的話，頻率范圍更寬、精度也可以達到更高。比如：頻率：0.01Hz、 占空比0.01%等。

如果是16位的話，其中的參數(shù)都不能超過16位（65535）：

#define PWM_COUNTER_CLOCK         1000000
#define PWM_PRESCALER_VALUE       (SystemCoreClock/PWM_COUNTER_CLOCK - 1)


tim_period = PWM_COUNTER_CLOCK/Frequency - 1;                      //計算出計數(shù)周期(決定輸出的頻率)
tim_pulse  = (tim_period + 1)*Dutycycle / 100;                     //計算出脈寬值(決定PWM占空比)

具體可根據(jù)自己情況進行配置，比如PWM（定時器）計數(shù)時鐘、分頻值等。

實際應用代碼，建議增加各個參數(shù)的判斷，以防越界（這里為了方便理解，就寫的比較簡單）。

3.更多

STM32都有硬件PWM輸出功能，但不同的系列，其配置可能略有一些差異，簡單參考官方例程以及手冊。

現(xiàn)在大部分單片機都自帶有硬件PWM輸出功能，硬件的好處就是不用CPU干預。如果沒有，可以嘗試上面說的定時器中斷的方式。