一、PWM簡介

脈沖寬度調制（PWM）蹬昌，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫混驰，簡稱脈寬調試。是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術皂贩。廣泛應用在從測量栖榨、通信到功率控制與變換的許多領域中。

例如上圖中明刷，圖b)是微處理輸出的數(shù)字信號婴栽，實際上他接到電機等功率設備上時，效果相當于圖a)辈末。這就是PWM調制愚争。例如輸出占空比為50%，頻率為10Hz的脈沖挤聘，高電平為3.3V.則其輸出的模擬效果相當于輸出一個1.65V的高電平轰枝。脈沖調制有兩個重要的參數(shù)，第一個就是輸出頻率组去，頻率越高鞍陨，則模擬的效果越好。第二個就是占空比从隆。占空比就是改變輸出模擬效果的電壓大小诚撵。占空比越大則模擬出的電壓越大。

二广料、定時器簡介

STM32F1 系列中砾脑，除了互聯(lián)型的產品，共有 8 個定時器艾杏，分為基本定時器韧衣，通用定時器和高級定時器。
基本定時器 TIM6 和 TIM7 是一個 16 位的只能向上計數(shù)的定時器，只能定時畅铭，沒有外部 IO氏淑。
通用定時器 TIM2/3/4/5 是一個 16 位的可以向上/下計數(shù)的定時器，可以定時硕噩，可以輸出比較假残，可以輸入捕捉，每個定時器有四個外部 IO炉擅。
高級定時器 TIM1/8 是一個 16 位的可以向上/下計數(shù)的定時器辉懒，可以定時，可以輸出比較谍失，可以輸入捕捉眶俩，還可以有三相電機互補輸出信號，每個定時器有 8 個外部 IO快鱼。

STM32 的定時器除了 TIM6 和 TIM7（基本定時器）颠印。其他的定時器都可以用來產生 PWM 輸出。其中高級定時器 TIM1 和 TIM8 可以同時產生多達 7 路的 PWM 輸出抹竹。而通用定時器 TIM2/3/4/5 也能同時產生多達 4 路的 PWM 輸出线罕。這樣，STM32 最多可以同時產生 30 路 PWM 輸出窃判。

每個定時器有四個通道钞楼，每一個通道都有一個捕獲比較寄存器，將寄存器值和計數(shù)器值比較兢孝，通過比較結果輸出高低電平窿凤，便可以實現(xiàn)脈沖寬度調制模式（PWM信號）。

三跨蟹、新建工程

1. 打開 STM32CubeMX 軟件雳殊，點擊“新建工程”

2. 選擇 MCU 和封裝

3. 配置時鐘
RCC 設置，選擇 HSE(外部高速時鐘) 為 Crystal/Ceramic Resonator(晶振/陶瓷諧振器)

4. 配置調試模式
非常重要的一步痢艺，否則會造成第一次燒錄程序后續(xù)無法識別調試器
SYS 設置仓洼，選擇 Debug 為 Serial Wire

四、TIM3通用定時器

4.1 選擇定時器

由于 LED 燈所在引腳為 PB1堤舒，在右邊圖中找到 LED 燈對應引腳色建，選擇 TIM3_CH4

4.2 參數(shù)配置

在 Timers 中選擇 TIM3 設置，指定時鐘源為 Internal Clock 內部時鐘舌缤，通道4選擇 PWM Generation CH4 PWM輸出箕戳。

在 Parameter Settings 進行具體參數(shù)配置某残。

• Counter setting

• Prescaler（時鐘預分頻數(shù)）：1024-1
• Counter Mode（計數(shù)模式）：Up（向上計數(shù)模式）
• Counter Period（自動重裝載值）：200-1
• Internal Clock Division(CKD)（時鐘分頻因子）：No Division（不分頻）
• auto-reload preload（自動重裝載）：Enable（使能）

• TRGO Output (TRGO) Parameters
  TRGO：在定時器的定時時間到達的時候輸出一個信號(如：定時器更新產生TRGO信號來觸發(fā)ADC的同步轉換)

• Master/Slave Mode(MSM bit)：不使能
• Trigger Event Selection：Reset（UG bit from TIMx_EGR）

• PWM Generation Channel 4

• Mode（定時模式）：PWM mode 1 設置定時器計數(shù)器與比較值相等時輸出引腳的狀態(tài)
• Pulse（計數(shù)比較值）：0 這里建議設置為0，在中斷中改變比較寄存器的值
• Output compare preload（輸出比較預加載）：Enable（使能） 作用和 auto-reload preload 類似
• Fast Mode（脈沖快速模式）：Disable（不使能） 與我們配置無關不使能
• CH Polarity（輸出極性）：Low 當定時器計數(shù)值小于 CCR1_Val 時陵吸，輸出低電平

4.2 配置GPIO

在 GPIO Settings 配置速度為高速玻墅。

4.3 配置NVIC

使能定時器中斷

4.4 生成代碼

輸入項目名和項目路徑

4.5 添加全局變量

在 main.c 頭部添加 PWM 表

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
TIM_HandleTypeDef htim3;

/* USER CODE BEGIN PV */
uint16_t indexWave[] = {
1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 4,
4, 5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 13,
15, 17, 19, 22, 25, 28, 32, 36,
41, 47, 53, 61, 69, 79, 89, 102,
116, 131, 149, 170, 193, 219, 250,
284, 323, 367, 417, 474, 539, 613,
697, 792, 901, 1024, 1024, 901, 792,
697, 613, 539, 474, 417, 367, 323,
284, 250, 219, 193, 170, 149, 131, 
116, 102, 89, 79, 69, 61, 53, 47, 41,
36, 32, 28, 25, 22, 19, 17, 15, 13, 
11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 5, 4, 4, 3, 3,
2, 2, 2, 2, 1, 1, 1, 1  
};

uint16_t POINT_NUM = sizeof(indexWave)/sizeof(indexWave[0]); 
/* USER CODE END PV */

并在 stm32f1xx_it.c 中聲明

/* External variables --------------------------------------------------------*/
extern TIM_HandleTypeDef htim3;

/* USER CODE BEGIN EV */
extern  uint16_t indexWave[];
extern uint16_t  POINT_NUM;    /*PWM表中的點數(shù)*/
/* USER CODE END EV */

4.6 修改中斷回調函數(shù)

打開 stm32f1xx_it.c 中斷服務函數(shù)文件澳厢，找到 TIM3 中斷的服務函數(shù) TIM3_IRQHandler()
中斷服務函數(shù)里面就調用了定時器中斷處理函數(shù) HAL_TIM_IRQHandler()

打開 stm32f1xx_hal_tim.c 文件，找到定時器中斷處理函數(shù)原型 HAL_TIM_IRQHandler()囚似，其主要作用就是判斷是哪個定時器產生哪種事件中斷剩拢，清除中斷標識位，然后調用中斷回調函數(shù) HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()饶唤。

/* NOTE: This function Should not be modified, when the callback is needed,
the HAL_GPIO_EXTI_Callback could be implemented in the user file
*/
這個函數(shù)不應該被改變裸扶，如果需要使用回調函數(shù)，請重新在用戶文件中實現(xiàn)該函數(shù)搬素。

HAL_TIM_PeriodElapsedCallback() 按照官方提示我們應該再次定義該函數(shù)，__weak 是一個弱化標識魏保，帶有這個的函數(shù)就是一個弱化函數(shù)熬尺，就是你可以在其他地方寫一個名稱和參數(shù)都一模一樣的函數(shù)，編譯器就會忽略這一個函數(shù)谓罗，而去執(zhí)行你寫的那個函數(shù)粱哼；而 UNUSED(htim) ，這就是一個防報錯的定義檩咱，當傳進來的定時器號沒有做任何處理的時候揭措，編譯器也不會報出警告。其實我們在開發(fā)的時候已經不需要去理會中斷服務函數(shù)了刻蚯，只需要找到這個中斷回調函數(shù)并將其重寫即可而這個回調函數(shù)還有一點非常便利的地方這里沒有體現(xiàn)出來绊含，就是當同時有多個中斷使能的時候，STM32CubeMX會自動地將幾個中斷的服務函數(shù)規(guī)整到一起并調用一個回調函數(shù)炊汹，也就是無論幾個中斷躬充，我們只需要重寫一個回調函并判斷傳進來的定時器號即可。

接下來我們就在 stm32f1xx_it.c 這個文件的最下面添加 HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()

/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  static uint8_t pwm_index = 1;        /* 用于PWM查表 */
  static uint8_t period_cnt = 0;       /* 用于計算周期數(shù) */

  period_cnt++;
  /* 若輸出的周期數(shù)大于20讨便，輸出下一種脈沖寬的PWM波 */
  if(period_cnt >= 20)                                      
  {
    /* 根據(jù)PWM表修改定時器的比較寄存器值 */
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(htim, TIM_CHANNEL_4, indexWave[pwm_index]);
    
    /* 標志PWM表的下一個元素 */
    pwm_index++;                                                
    /* 若PWM脈沖表已經輸出完成一遍充甚，重置PWM查表標志 */
    if( pwm_index >=  POINT_NUM)                                
    {
      pwm_index=0;                              
    }
    /* 重置周期計數(shù)標志 */
    period_cnt=0;                                               
  }
}
/* USER CODE END 1 */

其中 pwm_index 比較容易理解，它用于指示當前要使用 PWM 表中的哪個元素霸褒，從而 在“BRE_TIMx->BRE_CCRx = indexWave[pwm_index];‖語句中可以給 CCRx 賦予正確的數(shù)值伴找，而且當 PWM 表中的數(shù)據(jù)都使用一遍時，pwm_index 將重新指向 PWM 表的開頭废菱，開始下一次呼吸循環(huán)技矮。在本實驗的單次呼吸循環(huán)中抖誉，每個 PWM 表元素都會使用 20 次，代碼中利用 period_cnt 變量指示當前使用的次數(shù)穆役，當 period_cnt> period_class 時(即period_cnt>10 時)寸五，pwm_index 才會指向下一個元素。每個 PWM 表元素使用多次耿币，主要是為了在 TIMPeriod梳杏、PWM 表的點數(shù)、TIM_Prescaler 都固定的情況下淹接，通過調整每個元素的重復次數(shù)可以調整整個擬合波形的周期十性。如把代碼中的比較值 period_class 改為 200，每個 PWM 表遍歷一次的時間就變?yōu)樵瓉砼渲玫?10 倍塑悼，其擬合的呼吸周期也就相應地改變了劲适。圖 40-7 說明了 period =3 和 period=1 時輸出的 PWM 波形佣耐。

4.7 添加定時器啟動函數(shù)

現(xiàn)在進入 main 函數(shù)并在 while 循環(huán)前加入開啟定時器函數(shù) HAL_TIM_Base_Start_IT() 和 PWM 開啟函數(shù) HAL_TIM_PWM_Start()狡孔，這里所傳入的 htim3 就是剛剛定時器初始化后的結構體悠反。

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM3_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_4); 
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

4.8 HAL庫與標準庫代碼比較

STM32CubeMX 使用 HAL 庫生成的代碼：

/**
  * @brief TIM3 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_TIM3_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN TIM3_Init 0 */

  /* USER CODE END TIM3_Init 0 */

  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

  /* USER CODE BEGIN TIM3_Init 1 */

  /* USER CODE END TIM3_Init 1 */
  htim3.Instance = TIM3;
  htim3.Init.Prescaler = 1023;
  htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim3.Init.Period = 199;
  htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim3) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim3, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim3) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  sConfigOC.Pulse = 0;
  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_4) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN TIM3_Init 2 */

  /* USER CODE END TIM3_Init 2 */
  HAL_TIM_MspPostInit(&htim3);
}

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  static uint8_t pwm_index = 1;         /* 用于PWM查表 */
    static uint8_t period_cnt = 0;      /* 用于計算周期數(shù) */

  period_cnt++;
  /* 若輸出的周期數(shù)大于20盐固，輸出下一種脈沖寬的PWM波 */
  if(period_cnt >= 20)                                      
  {
    /* 根據(jù)PWM表修改定時器的比較寄存器值 */
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(htim,TIM_CHANNEL_4,indexWave[pwm_index]);
    
    /* 標志PWM表的下一個元素 */
    pwm_index++;                                                
    /* 若PWM脈沖表已經輸出完成一遍薛窥，重置PWM查表標志 */
    if( pwm_index >=  POINT_NUM)                                
    {
      pwm_index=0;                              
    }
    /* 重置周期計數(shù)標志 */
    period_cnt=0;                                               
  }
}

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_4);

使用 STM32 標準庫的代碼：

 /**
  * @brief  配置TIM復用輸出PWM時用到的I/O
  * @param  無
  * @retval 無
  */
static void TIMx_GPIO_Config(void) 
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  /*  clock enable */
  RCC_APB2PeriphClockCmd(BRE_TIM_GPIO_CLK, ENABLE); 
  BRE_TIM_GPIO_APBxClock_FUN  ( BRE_TIM_GPIO_CLK, ENABLE );
        
    BRE_GPIO_REMAP_FUN();  

  /* 配置呼吸燈用到的引腳 */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  BRE_TIM_LED_PIN ;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   // 復用推挽輸出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

  GPIO_Init( BRE_TIM_LED_PORT, &GPIO_InitStructure );
}


/**
  * @brief  配置嵌套向量中斷控制器NVIC
  * @param  無
  * @retval 無
  */
static void NVIC_Config_PWM(void)
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  
  /* Configure one bit for preemption priority */
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
  
  /* 配置TIM3_IRQ中斷為中斷源 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = BRE_TIMx_IRQn;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

/**
  * @brief  配置TIM輸出的PWM信號的模式眯停，如周期潦嘶、極性
  * @param  無
  * @retval 無
  */

static void TIMx_Mode_Config(void)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;                                                                             
    
    
    /* 設置TIM3CLK 時鐘 */
    BRE_TIM_APBxClock_FUN ( BRE_TIM_CLK, ENABLE ); 
    
    /* 基本定時器配置 ,配合PWM表點數(shù)贰锁、中斷服務函數(shù)中的period_cnt循環(huán)次數(shù)設置*/ 
    
    /* 設置使得整個呼吸過程為3秒左右即可達到很好的效果 */  
    
    //要求：
    //TIM_Period：與PWM表中數(shù)值范圍一致
    //TIM_Prescaler：越小越好巷屿，可減輕閃爍現(xiàn)象
    //PERIOD_CLASS：中斷服務函數(shù)中控制單個點循環(huán)的次數(shù)固以，調整它可控制擬合曲線的周期
    //POINT_NUM：PWM表的元素，它是PWM擬合曲線的采樣點數(shù)

    /*************本實驗中的配置***************/   
    /***********************************************
    #python計算腳本 count.py
    #PWM點數(shù)
    POINT_NUM = 110

    #周期倍數(shù)
    PERIOD_CLASS = 10

    #定時器定時周期
    TIMER_TIM_Period = 2**10
    #定時器分頻
    TIMER_TIM_Prescaler = 200

    #STM32系統(tǒng)時鐘頻率和周期
    f_pclk = 72000000
    t_pclk = 1/f_pclk

    #定時器update事件周期
    t_timer = t_pclk*TIMER_TIM_Prescaler*TIMER_TIM_Period

    #每個PWM點的時間
    T_Point = t_timer * PERIOD_CLASS

    #整個呼吸周期
    T_Up_Down_Cycle = T_Point * POINT_NUM

    print ("呼吸周期：",T_Up_Down_Cycle)
    
    #運行結果：
    
    呼吸周期：3.12888
    ************************************************************/

  /* 基本定時器配置 */       
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (1024-1);;                                   //當定時器從0計數(shù)到 TIM_Period+1 嘱巾，為一個定時周期
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = (200-1);                                    //設置預分頻
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1 ;          //設置時鐘分頻系數(shù)：不分頻(這里用不到)
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;   //向上計數(shù)模式
  TIM_TimeBaseInit(BRE_TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);

  /* PWM模式配置 */
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;                       //配置為PWM模式1
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //使能輸出
  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;                                                    //設置初始PWM脈沖寬度為0 
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;        //當定時器計數(shù)值小于CCR1_Val時為低電平

  BRE_TIM_OCxInit ( BRE_TIMx, &TIM_OCInitStructure );                                       //使能通道
    

  BRE_TIM_OCxPreloadConfig ( BRE_TIMx, TIM_OCPreload_Enable );                      //使能預裝載 

  TIM_ARRPreloadConfig(BRE_TIMx, ENABLE);                                                   //使能TIM重載寄存器ARR

  /* TIM3 enable counter */
  TIM_Cmd(BRE_TIMx, ENABLE);                                                        //使能定時器 
    
    TIM_ITConfig(BRE_TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE);                                      //使能update中斷
        
    NVIC_Config_PWM();                                                                                  //配置中斷優(yōu)先級       
}

void BRE_TIMx_IRQHandler(void)
{   
    static uint16_t pwm_index = 0;          //用于PWM查表
    static uint16_t period_cnt = 0;     //用于計算周期數(shù)
    
    if (TIM_GetITStatus(BRE_TIMx, TIM_IT_Update) != RESET)  //TIM_IT_Update
    {           
            period_cnt++;
            
            BRE_TIMx->BRE_CCRx = indexWave[pwm_index];  //根據(jù)PWM表修改定時器的比較寄存器值

            //每個PWM表中的每個元素使用period_class次
            if(period_cnt > period_class)                               
            {               

                pwm_index++;                                                //標志PWM表指向下一個元素
                

                //若PWM表已到達結尾憨琳，重新指向表頭
                if( pwm_index >=  POINT_NUM)            
                {
                    pwm_index=0;                                
                }
                
                period_cnt=0;                                           //重置周期計數(shù)標志
            }   
            else
            {
            }   
        
        TIM_ClearITPendingBit (BRE_TIMx, TIM_IT_Update);    //必須要清除中斷標志位
    }
}

MX_TIM3_Init(); 對應 TIMx_GPIO_Config();NVIC_Config_PWM();TIMx_Mode_Config();
HAL_TIM_PWM_Init(&htim3) 對應 TIM_TimeBaseInit(BRE_TIMx, &TIM_TimeBaseStructure)
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_4); 對應 TIM_Cmd(BRE_TIMx, ENABLE);TIM_ITConfig(BRE_TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE);

五、注意事項

用戶代碼要加在 USER CODE BEGIN N 和 USER CODE END N 之間旬昭，否則下次使用 STM32CubeMX 重新生成代碼后篙螟，會被刪除。

? 由 Leung 寫于 2021 年 2 月 3 日

? 參考：STM32CubeMX系列教程4:PWM
　　　　《嵌入式-STM32開發(fā)指南》第二部分 基礎篇 - 第5章 PWM（HAL庫）
　　　　STM32CubeMX實戰(zhàn)教程（五）——通用定時器（PWM輸出）
　　　　【STM32】HAL庫 STM32CubeMX教程七---PWM輸出(呼吸燈)