通过定时器timer方式实现时间精准控制

通过定时器timer方式实现时间精准控制

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_75175238/article/details/144403489

本文将详细介绍如何使用STM32微控制器的定时器（timer）功能实现PWM（脉冲宽度调制）信号的生成，通过具体的项目搭建和代码实现，帮助读者掌握PWM技术在实际应用中的控制方法。

一、PWM技术基础

1. PWM的概念： PWM，即脉冲宽度调制，是一种技术，它利用数字输出信号来操控模拟电路。这种模拟控制手段通过调整晶体管或MOS管的导通时间，从而改变开关稳压电源的输出。

2. PWM的工作原理： PWM技术通过控制逆变电路中开关器件的开关动作，生成一系列等幅的脉冲，用以模拟所需的波形，如正弦波。可以将其视为一种将模拟信号电平进行数字编码的方法，通过调节方波的占空比来实现。

3. PWM的优势与使用场景： PWM因其控制简便、适应性强和良好的动态响应等特点而广泛应用于电力电子技术。它的应用场景包括功率控制、电机调控、照明调节、电源管理以及在音频放大器等领域，因此，掌握PWM技术具有极其重要的实际意义。

4. PWM的关键参数：

• 占空比：指一个周期内信号保持高电平状态的时间比例。
• 频率：PWM信号的频率决定了其周期性变化的速率。

5. PWM信号的生成： 在STM32微控制器中，除了TIM6和TIM7之外的其他定时器均能生成PWM信号。高级定时器TIM1和TIM8能够提供多达7路的PWM输出，而通用定时器也能提供多达4路的输出，使得STM32能够同时产生多达30路的PWM信号。

6. PWM的实现机制： 在STM32的定时器结构中，涉及到的部分包括时钟源的选择、时基单元以及PWM输出通道。通常建议使用专门的PWM端口进行输出，以避免使用普通IO口模拟PWM时可能出现的控制精度问题和系统稳定性风险。

7. PWM输出模式的差异：

• PWM模式1：在计数递增过程中，当TIMx_CNT的值小于TIMx_CCR1时，通道1输出有效电平，反之则输出无效电平；在计数递减过程中，当TIMx_CNT的值超过TIMx_CCR1时，通道1输出无效电平，否则输出有效电平。
• PWM模式2：在计数递增阶段，当TIMx_CNT的值小于TIMx_CCR1时，通道1输出无效电平，一旦TIMx_CNT的值达到或超过TIMx_CCR1，则输出有效电平；在计数递减阶段，当TIMx_CNT的值大于TIMx_CCR1时，通道1输出有效电平，反之则输出无效电平。

注意：PWM模式的不同主要体现在确定有效电平的时机，而不涉及有效电平是高电平还是低电平。有效电平的极性由CCER寄存器的CCxP位来设定。

例如：在PWM模式1下，如果CCER寄存器的CCxP位设置为0，那么当TIMx_CNT小于TIMx_CCR1时，输出的是高电平；相反，如果CCxP位设置为1，那么在同样的条件下，输出的将是低电平。

8. PWM的计数方式：

• 向上计数模式： 以PWM模式1为例，当TIMx_CNT的值小于TIMx_CCRx时，PWM信号的参考输出OCxREF为高电平，否则为低电平。如果TIMx_CCRx中的比较值大于定时器的自动重装载值(TIMx_ARR)，则OCxREF将持续为高电平。若比较值为0，则OCxREF将持续为低电平。

二、项目搭建

目标：利用TIM3和TIM4定时器，分别生成PWM波形，以驱动外部LED和开发板上固定的LED（位于PC13 GPIO端口），实现两个LED灯的呼吸效果。

1. 启动新工程： 在STMCubeMX的界面中，开始一个新项目，点击“ACCESS TO MCU SELECTOR”按钮。

2. 选择微控制器： 在“Part Number”栏中搜索并选择所需的微控制器型号，本文使用STM32F103C8T6，确认芯片信息后，点击“Start Project”。

3. 设置RCC： 进入“System Core”并选择“RCC”，在右侧的配置菜单中选择“Crystal/Ceramic Resonator”作为时钟源。

4. 配置系统： 选择调试接口，进入“System Core”并选择“SYS”，在右侧的配置菜单中选择“Serial Wire”作为调试接口。

5. 定时器3和定时器4的配置： 为了实现定时功能，我们配置定时器3和定时器4。设置预分频器为71，采用向上计数模式，设置计数周期为1000，并启用自动重载功能。对于通道1，选择“PWM Generation CH1”以生成PWM输出。预设分频系数为71，计数周期为1000，其他选项保持默认。初始占空比设为10%，虽然这一步不是必须的，因为我们可以在代码中对其进行调整。

6. 时钟源配置： 按照所示修改时钟配置。

7. 项目设置： 进行项目相关的配置。

8. 生成项目代码： 完成上述步骤后，生成项目代码。

三、代码编写

（代码部分略）

四、结果演示

（结果演示部分略）

五、实验心得

通过本次实验，对PWM（脉冲宽度调制）的原理有了更深入的理解。实验中，注意到一个有趣的现象：PWM信号不仅可以用于传统的PWM输出引脚，也可以通过复用引脚来实现控制功能，比如点亮LED灯。这表明，PWM的应用并不局限于特定的输出端口，而是可以根据实际需求灵活配置。

在尝试实现呼吸灯效果的过程中，进行了一系列测试，并观察到了PWM周期对灯光效果的影响。当PWM周期较长时，呼吸灯的效果并不明显。从PWM的工作原理来看，这是因为PWM波主要调整的是高电平的持续时间，即占空比。如果PWM周期过大，即使占空比发生变化，由于低电平的持续时间较长，人眼仍然能够感知到LED灯的亮灭变化，从而无法形成平滑的渐变效果。

相反，当提高PWM的频率，即缩短PWM周期时，人眼就无法分辨出低电平时的间隙。这是因为人眼的视觉暂留效应，当闪烁频率超过一定阈值时，人眼无法分别单独的闪烁，而是将其视为连续的光线。因此，随着PWM频率的提高，LED灯的亮度变化看起来更加平滑，从而实现了从亮到暗的自然过渡，形成了呼吸灯的效果。

这一发现让我们更加深刻地认识到PWM技术在模拟信号控制中的重要性。通过精确控制PWM的周期和占空比，可以实现对LED灯亮度、电机转速、扬声器音量等模拟量的精细调节。在实际应用中，选择合适的PWM参数对于实现期望的控制效果至关重要。