STM32F103五分钟入门系列（十五）输出比较（PWM输出）+各类测试
Posted 自信且爱笑‘
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了STM32F103五分钟入门系列（十五）输出比较（PWM输出）+各类测试相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
学习板：STM32F103ZET6
参考：
PWM输出
前言
在之前的《定时器中断》中总结了定时器相关的内容，在那篇博客中也提到过输入捕获和输出比较，本博和接下来的一篇博客总结这两块内容。其中本博总结的的是下图标注的部分，通过输出一个PWM脉冲，来深入了解输出比较方面的东西。
博主很喜欢从寄存器入手总结一个东西，因为从寄存器中可以找到许多平时被库函数封装起来的东西，这些东西非常有利于理解相应的内容。本博也不例外，会从寄存器再到库函数慢慢了解PWM输出的真正含有。
一、定时器输出PWM简介
STM32除了基本定时器TIM6、TIM7，其他定时器都可以产生PWM输出。其中高级定时器TIM1、TIM8可以同时产生7路的PWM输出；通用定时器TIM2~5也可以同时输出4路的PWM。共可以输出30路的PWM。
其工作原理如下：
如上图，为一个向上计数的计数器，从0计数到重装载值ARR后，再回到0开始重新计数。
现给它一个“阈值”CCRX，超过这个“阈值”的计数范围（时间段）可以让某IO口输出高电平，未超过该“阈值”的计数范围（时间段）可以让某IO口输出低电平；当然也可以反过来：超出“阈值”输出低电平，未超出“阈值”输出高电平。这样就可以输出稳定的方波了。
上图所示，横坐标：0~t2、t2 ~t4、t4 ~t6，即是计数的一个周期，又是输出PWM的一个周期，可见，影响PWM周期的因素只是这个重装载值ARR。
上图所示。当：
超出“阈值”输出高电平，未超出“阈值”输出低电平
此时横坐标：0~t1、t2 ~t3、t4 ~t5 计数时间段输出的是PWM低电平，其它时间段输出高电平，占空比：（t2-t1）/t2=（t4-t3）/（t4-t2）…
当：
超出“阈值”输出低电平，未超出“阈值”输出高电平
此时横坐标：0~t1、t2 ~t3、t4 ~t5 计数时间段输出的是PWM高电平，其它时间段输出低电平，占空比：t1/t2=（t3-t2）/（t4-t2）…
可见，这个“阈值”CCRx影响这输出PWM占空比，当然影响占空比的因素还有“模式”，即超出“阈值”后的部分究竟是高电平还是低电平。
综上，只要配置好定时器、设置好重装载值（确定周期）、设置好模式（确定占空比）、设置好“阈值”CCRx（确定占空比）就可以输出PWM了。当然也可以让其它设置固定，只改变“阈值”的情况下，输出周期一定，占空比变化的PWM。
二、输出比较相关寄存器
1、捕获/比较模式寄存器 1(TIMx_CCMR1)（CH1、CH2）
该寄存器设置通道1和通道2，（通用定时器有4个通道，高级定时器7个通道），其中低8位设置CH1，高8位设置CH2
位1:0
位1:0在捕获/比较中共用，不好理解就直接放图：
①位1:0=00，CC1通道配置为输出：
②位1:0=01，CC1通道被配置为输入，IC1映射在TI1上
③位1:0=10，CC1通道被配置为输入，IC1映射在TI2上
④位1:0=11，CC1通道被配置为输入，IC1映射在TRC上
位2
该位置1时可将输出PWM的响应时间缩短2个时钟周期
位3
该位使能输出比较1预装载值，输出比较的预装载置存储在TIMx_CCR1寄存器中，如果该位置0，则随时可以把重装载值写入到TIMx_CCR1寄存器；如果该位置1，则只有更新事件到来时才可以将重装载值写入到TIMx_CCR1寄存器。
位6:4
主要看一下110、111的情况，首先要清楚CCR1中装载的值是本博开头说的那个“阈值”,这个“阈值”要和计数器当前值比较的。
①当位6：4=110时为PWM1模式—向上计数。
本博开头《PWM简介》所说的就是向上计数，当时分为以下两种情况：
超出“阈值”输出高电平，未超出“阈值”输出低电平
超出“阈值”输出低电平，未超出“阈值”输出高电平
位6:4=110时的描述：
110：PWM模式1－ 在向上计数时，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平；在向下计数时，TIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为无效电平(OC1REF=0)，否则为有效电平(OC1REF=1)。
这个描述怎么理解呢？如上图：
当计数器的值小于“阈值”（TIMx_CNT<TIMx_CCR1）时，通道1位有效电平，即上图的0~t1、t2 ~t3、t4 ~t5时间段为有效电平，剩下时间段为无效电平。
同理：当位6:4=111时，当计数器的值小于“阈值”（TIMx_CNT<TIMx_CCR1）时，通道1位无效电平，即上图的0~t1、t2 ~t3、t4 ~t5时间段为无效电平，剩下时间段为有效电平。
注意：有效电平不是高电平，有效电平可能是高电平，也可能是低电平，有效电平的极性在CCER寄存器中设置。
综上：
（1）CCRE寄存器把有效电平极性设置为高电平有效，CCMR1寄存器位6:4=110，为PWM1模式时：
（2）CCRE寄存器把有效电平极性设置为低电平有效，CCMR1寄存器位6:4=110，为PWM1模式时：
（3）CCRE寄存器把有效电平极性设置为高电平有效，CCMR1寄存器位6:4=111，为PWM2模式时：
（4）CCRE寄存器把有效电平极性设置为低电平有效，CCMR1寄存器位6:4=111，为PWM2模式时：
位7
该位设置C1REF是否受ETRF影响
位15:8
这高8位是设置通道2的，与前面通道1的总结一模一样，不在赘述。
2、捕获/比较模式寄存器 2(TIMx_CCMR2)（CH3、CH4）
该寄存器与CCMR1一样，不过是对通道3和通道4的设置。不再赘述。
3、捕获/比较使能寄存器(TIMx_CCER)
位1:0
位0是使能位，使能CC1通道输出
.
位1是设置通道的输出极性位，之前CCMR1已经总结过了，0时有效电平是高电平，1时有效电平是低电平。
剩下的位5:4、位9:8、13:12分别设置CH2、CH3、CH4，与刚刚总结的CH1设置一样，不再赘述。
4、自动重装载寄存器(TIMx_ARR)
该寄存器应该在《定时器中断》这篇博客中总结的，不过那篇博客当时无心去总结寄存器，就没有总结，现在补上…
该寄存器是16位寄存器，不像看门狗的重装载寄存器，只有7位。用来存储计数器的装载值的，每次计数到0（向下计数、上/下计数）或计数到最大值（向上计数）时都要重装载初值。
5、捕获/比较寄存器 1、2、3、4(TIMx_CCRx)
该寄存器也是16位寄存器，装载的是之前所说的那个“阈值”。
三、输出比较的相关库函数
1、初始化通道函数TIM_OCxInit（）
以通道1的设置函数TIM_OC1Init（）为例说明。通道2函数TIM_OC1Init（）设置时由于在CCMR1高8位，所以设置时需要把一些定义的16进制数左移再赋值，比较好理解，同通道3、4。
参数：
参数1：TIMx，表示选择哪个定时器
参数2：TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct
①TIM_OCMode：
就是对CCMR寄存器的位6:4的设置
②TIM_OutputState
对CCER寄存器位0置1，开启OC1信号输出：
③TIM_OutputNState（）
该参数设置TIM互补输出比较状态，高级定时器 TIM1 和 TIM8 才用到
④TIM_Pulse
该值指定要加载到捕获比较寄存器中的脉冲值，所以这里用不到
⑤TIM_OCPolarity
设置输出极性，对CCER寄存器的位1设置
⑥TIM_OCNPolarity
指定互补输出极性。在高级定时器 TIM1 和 TIM8 才用到。
⑦TIM_OCIdleState
指定空闲状态期间的TIM输出比较引脚状态。在高级定时器 TIM1 和 TIM8 才用到。
⑧TIM_OCNIdleState
指定空闲状态期间的TIM输出比较引脚状态在高级定时器 TIM1 和 TIM8 才用到。
所以对于通用定时器，有用的参数为：TIM_OCMode、TIM_OutputState、TIM_OCPolarity
例:
（1）CCRE寄存器把有效电平极性设置为高电平有效，CCMR1寄存器位6:4=110，为PWM1模式时：
设置：
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
（2）CCRE寄存器把有效电平极性设置为低电平有效，CCMR1寄存器位6:4=110，为PWM1模式时：
设置：
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_Low;
TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
（3）CCRE寄存器把有效电平极性设置为高电平有效，CCMR1寄存器位6:4=111，为PWM2模式时：
设置：
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM2;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
（4）CCRE寄存器把有效电平极性设置为低电平有效，CCMR1寄存器位6:4=111，为PWM2模式时：
设置：
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM2;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_Low;
TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
2、修改占空比函数TIM_SetCompareX（）
以设置通道1占空比的函数TIM_SetCompare1（）为例：
参数：
参数1：表示哪个定时器
参数2：为自定义数，本博开头所述“阈值”来决定占空比，这个“阈值”就是与计数器目前值比较的那个数，存储在CCR寄存器中，如果对这个寄存器的值一直设置变化，则相应的输出PWM的占空比也一直变化。该寄存器是16位寄存器，所以这个值可以在0~0xffff之间取值。.
3、使能预装载寄存器TIM_OCxPreloadConfig（）
以使能通道1的预装载寄存器为例：
参数：
第一个参数是选择哪个定时器
第二个参数：
是对CCMR寄存器位3操作，将该位置1
此时只有更新事件到来之时才给CCR寄存器里装载值（就是那个“阈值”、比较值）
四、输出比较的编程顺序
1、使能相关时钟
（1）定时器时钟使能
输出比较会用到定时器，所以定时器的时钟必须有，如使能定时器2：
根据搭载在哪个外设上，选用对应的使能函数：
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
（2）使能复用时钟
因为GPIO正常情况下只做输入输出（个别除外），察看《STM32F103ZET6》
上图中【main】表示正常情况下IO口做什么，此时只需要使能对应IO时钟即可。【Default】表示除了main功能外还有其它功能，此时就需要开启复用时钟。【Remap】表示重映射，将其它IO口的功能映射到本IO上，此时需要 GPIO_PinRemapConfig设置映射关系，重映射分为部分重映射和完全重映射，根据需要映射即可。可察看《STM32F103ZET6》或者《STM32中文参考手册》：
2、重映射GPIO_PinRemapConfig()（如果需要）
如将TIM3_CH2重映射到PB5引脚
上图可见是【部分重映射】
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE);
当然将TIM3_CH2重映射到PC7引脚，这里就需要【完全重映射】：
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM3, ENABLE);
3、配置IO GPIO_Init()
使用GPIO_Init()函数设置对应IO口
4、初始化定时器、设置定时器TIM_TimeBaseInit(）
在STM32F103五分钟入门系列（十二）定时器中断中也总结过，使用TIM_TimeBaseInit(）设置定时器
5、设置定时器相关通道PWM模式、使能对应通道输出 TIM_OCxInit（）
这个本博之前总结到了，使用的库函数： TIM_OCxInit（）
6、使能预装载寄存器TIM_OCxPreloadConfig（）
7、使能定时器
在STM32F103五分钟入门系列（十二）定时器中断中也总结过，使用TIM_Cmd(）使能定时器
8、修改占空比函数TIM_SetCompareX（）（如果需要）
这个本博之前总结到了，使用的库函数：TIM_SetCompareX（）
五、举例1+测试
1、题
题：
使用定时器3通道1输出1KHZ的脉冲，占空比为50%。
2、分析
分析：
默认状态下，通用定时器内部时钟为72MHZ，若这里采用7200预分频系数（最大65535），则计数器时钟为：72MHZ/7200=10KHZ，即每计一次数的时间为0.1ms。
重装载值决定输出PWM的周期，若输出1KHZ，则输出PWM的周期为1ms，则只需计10个数就完成一个周期，重装载一次初值，所以重装载值设置为9。
占空比为50%，所有比较值（“阈值”）为重装载值的一半，为5（0~5,和5 ~9 ~0）
查《STM32F103ZET6》可知，定时器3通道1为PA6的复用引脚，故不需要重映射，且最后可在PA6引脚上测得PWM输出。
PWM模式可采用PWM1，有效电平为高电平，即下图：
3、pwm.h编写
pwm.h文件固定格式：
#ifndef _PWM_
#define _PWM_
void PWM_Init(void);
#endif
4、pwm.c编写
（1）使能定时器时钟、使能IO时钟、使能复用时钟
定时器3搭载在APB1外设上，所以：
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
（2）配置IO
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
（3）初始化定时器、设置定时器
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=10;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=7200;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);
（4）设置定时器相关通道PWM模式、使能通道
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);
（5）使能预装载寄存器
TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);
（6）使能定时器
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
（7）设置占空比
可以在主函数中设置：
TIM_SetCompare1(TIM3, 5);
5、完整程序
//pwm.h
#ifndef _PWM_
#define _PWM_
void PWM_Init(void);
#endif
//pwm.c
#include "pwm.h"
#include "stm32f10x.h"
void PWM_Init(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=9;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=7200;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);
TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}
//main
#include "stm32f10x.h"
#include "pwm.h"
int main(void)
{
PWM_Init();
TIM_SetCompare1(TIM3, 5);
while(1)
{
}
}
6、测试
将PA6信号线引出到示波器，其波形如下：
六、例2+测试
1、题
题：
接上例，使用定时器3通道1输出500HZ的脉冲，占空比为70%。不过采用PWM2模式，有效电平为高电平
2、分析
分析：
默认状态下，通用定时器内部时钟为72MHZ，若这里采用7200预分频系数（最大65535），则计数器时钟为：72MHZ/7200=10KHZ，即每计一次数的时间为0.1ms。
重装载值决定输出PWM的周期，若输出500HZ，则输出PWM的周期为2ms，则只需计20个数就完成一个周期，重装载一次初值。所以重装载值设置为19。
CCRE寄存器把有效电平极性设置为高电平有效，CCMR1寄存器位6:4=111，为PWM2模式时：
现已知ARR=20，t2=2ms，则要想占空比为70%，需要t1=0.6ms、CCRx=6。
故只需修改下面代码：
初始定时器：
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=19;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=7200;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);
设置定时器相关PWM模式、使能通道
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM2;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);
设置占空比：
TIM_SetCompare1(TIM3, 6);
3、完整程序
//pwm.h
#ifndef _PWM_
#define _PWM_
void PWM_Init(void);
#endif
//pwm.c
#include "pwm.h"
#include "stm32f10x.h"
void PWM_Init(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=19;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=7200;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM2;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);
TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}
//main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "pwm.h"
int main(void)
{
PWM_Init();
TIM_SetCompare1(TIM3, 6);
while(1)
{
}
}
4、测试
将PA6信号线引出到示波器，其波形如下：
七、例3—控制呼吸灯（飞线法）（+测试）
1、题
题：
使用PWM输出控制LED从亮到暗再从暗到亮循环
2、分析
分析：
采用（六）中例子的PWM，500HZ，PWM2模式、有效电平高电平，在PA6输出。
将PA6与PB5用飞线连接起来，PB5设置为浮空输入，在主函数中不断改变占空比。
注意改变占空比时，TIM_SetCompare1（）函数传递的值有范围的，这个值必须小于等于重装载值。
3、完整代码
led.h代码：
//led.h
#ifndef __LED_H
#define __LED_H
void LED_Init(void);
#endif
led.c代码：
//led.c
#include "led.h"
#include "stm32f10x.h"
void LED_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE);
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB以上是关于STM32F103五分钟入门系列（十五）输出比较（PWM输出）+各类测试的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
STM32F103（二十五）完美解决USART发送接收floatu16u32数据
STM32F103（二十五）完美解决USART发送接收floatu16u32数据
STM32F103五分钟入门系列（十六）输入捕获（精雕细琢-.-）