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新手STM32：基于HAL库的定时器和PWM输出

创作时间:

作者:

@小白创作中心

新手STM32：基于HAL库的定时器和PWM输出

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/qq_74267512/article/details/144313107

本文是一篇面向STM32新手的详细教程，主要介绍了基于HAL库的定时器控制和PWM输出实现。文章从理论到实践，详细讲解了定时器和PWM的基本概念、配置步骤和代码实现，适合嵌入式开发爱好者和工程师参考学习。

一、定时器与PWM概述

（1）定时器概述

在STM32微控制器的丰富功能模块中，定时器起着不可或缺的关键作用。以STM32F103C8T6这款广泛应用的芯片为例，它配备了总计8个定时器，依据功能特性和复杂程度可细分为高级定时器（TIM1和TIM8）、通用定时器（TIM2-5）以及基本定时器（TIM6和TIM7）。通用定时器凭借其全面且灵活的功能特性，在众多应用场景中脱颖而出，成为开发者频繁选用的得力工具。

高级定时器：TIM1和TIM8
通用定时器：TIM2-5
基本定时器：TIM6和TIM7

通用定时器不仅能够精准地实现定时功能，还可对输入信号的脉冲长度进行精确测量（即输入捕获功能），以及依据实际需求输出各种特定波形，涵盖输出比较、产生PWM（脉冲宽度调制）波形以及单脉冲输出等多样化操作。这种多功能性使其在诸如工业自动化控制、智能家电控制、通信设备定时同步以及电机控制等众多领域得以大展身手。例如，在工业自动化生产线中，可借通用定时器精准把控各工序执行时间间隔与顺序；于电机控制里，借PWM功能灵活调节电机转速与转矩，实现高效稳定运行。

（2）PWM概述

PWM（脉冲宽度调制）技术的核心要素在于占空比。占空比，作为衡量脉冲信号特征的关键指标，被定义为在一个完整信号周期内，高电平持续时间与整个信号周期时长的百分比比值，即占空比 = Tp/T（Tp为高电平时间，T为信号周期）。通过细腻且精准地调整占空比数值，能够巧妙地改变信号中高电平与低电平的持续时长比例关系，进而实现对外部设备的精准功率控制或模拟信号等效输出效果。

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

调节占空比可以得到不同的电平持续时间。

二、HAL库实现定时器控制

基于前文的讲述，我们可以开始对定时器进行一些基本的操作了。本次实验，我们将设置一个5秒的定时器，每隔5秒从串口发送“hello windows！”；同时设置一个2秒的定时器，让LED等周期性地闪烁，实现一个多任务并发运行的功能。

（1）CUBEMX配置

首先新建一个芯片为STM32F103C8T6的项目，然后进行一些基本的配置。

SYS:配置为Serial Wire
RCC:配置为高速外部晶振

因为我们需要配置一个定时闪烁的LED灯，所以需要配置一个GPIO口进行输出，我选择的PA5进行电平输出。

然后配置我们的GPIO口，我们采用低电平点亮的方式，也就是当我们的GPIO口输出低电平时，LED灯亮起，所以我们的初始GPIO输出电平设为高电平，其他的配置保持在默认选项就行。

接下来配置我们的定时器，选择通用定时器TIM2，配置我们的时钟源为内部时钟；预分频系数配置为71（因为系统处理时会自动为我们的预分频系数加1，所以实际上的预分频系数为72），因为系统时钟树我们会设置为72MHz，分频下来就得到1MHz；计数次数设置为5000次，那么每完成一次计数，经过的时间为 5000/1MHz=0.005秒也就是5ms，换言之，每过5ms定时器TIM2就会进行一次定时中断。

配置步骤如下：

因为我们还需要定时向串口发送数据，所以需要再配置一个定时器来控制这一部分的功能。我们同样选择一个通用定时器，这里我选择了TIM3，配置步骤与数据和TIM2相同。

接下来开启我们的定时器中断并生成中断配置代码。

接下来配置我们的系统时钟树，按照下图步骤进行配置。

因为我们还存在串口数据的发送，所以还需要配置我们的USART。我们选择配置USART1，选择Asynchronous（异步通信）并开启中断。

接下来就可以生成我们的代码文件了，按照下图的标注进行配置。

点击右上角的GENERATE CODE生成我们的代码，在加载结束后弹出的窗口点击Open Project打开我们的keil项目。

（2）代码编写

首先，我们需要在主函数内打开我们的定时器，所使用的函数为HAL_TIM_Base_Start_IT。

对于参数，“h”指的是HAL库，“tim2”指的就是TIM2，TIM3也是一样的操作。这样子就打开了我们的定时器。

因为这次代码的功能完全由中断实现，因此我们不需要再在while循环内书写代码，只需要在主函数外用一个中断回调函数实现我们的功能。

在主函数内随便找个位置书写我们的中断回调函数，为了方便起见，大家可以在注释标注USER CODE的地方书写我们自己的代码，也就是在main函数下面的

在这个函数内，首先定义我们函数内部的变量，这是我们用来保存定时器当前定时值的参数。前文所说，每当计数器结束一个周期，时间就经过0.005秒，同时我们的计数器的值也会增加1，将我们需要的时间与定时器一个周期的时间也就是0.005秒进行相除就能得到我们的计数器周期的值。然后分别配置两个定时器在各自的周期内完成自己的工作就行了。

代码的部分就这样，接下来我们就可以进行代码的烧录了。

（3）结果展示

因为这次用到了串口的缘故，为了使烧录与接收串口通信不那么麻烦，我选择了用FLYMCU烧录工具直接使用USB to TTL进行烧录。

有需要的伙伴和不了解怎样用TTL烧录的小伙伴可以看我的另一篇文章新手STM32：利用HAL库实现USART串口通信-CSDN博客文章浏览阅读727次，点赞10次，收藏14次。在本次的学习过程中，我们系统且深入地探索了串口通信领域的相关知识。首先，着重对串口通信的电平协议展开了详细的学习与研究。串口通信的电平协议作为数据传输的基础规范，有着至关重要的意义。其中涵盖了如 TTL 电平，其以较为简洁的电平逻辑，通常运用 +5V 表示逻辑 1，0V 表示逻辑 0，这种电平标准在芯片内部或短距离通信场景中发挥着关键作用，因其成本低廉且电路设计相对简易；

https://blog.csdn.net/qq_74267512/article/details/144295977?fromshare=blogdetail&sharetype=blogdetail&sharerId=144295977&sharerefer=PC&sharesource=qq_74267512&sharefrom=from_link

因为我们开启的是USART1，所以我们需要找到USART1的TX与RX，它们分别是PA9和PA10，不清楚的小伙伴可以对照下图来看，我们待会儿的PWM也会对照下图。

进行烧录后，运行就能得到下面的情况。

LED灯每两秒翻转一次状态
每五秒向上位机发送一次串口数据

三、PWM实现呼吸灯控制

（1）CUBEMX配置

对于SYS和RCC的配置与上述相同，这里不再赘述。我们直接开始配置定时器。

其实配置定时器的步骤也和上面一致，唯一不同的是打开PWM通道，同时计数次数也要做出相应的更改，这次我们配置TIM3和TIM4这两个通用定时器。我们选择打开其PWM的通道2，如下图所示。

由于我们采用的是PWM输出，他有固定的IO口，所以我们不需要再额外配置GPIO口。

接下来的配置都和上述一致，我只是把不同的点和值得注意的点写了出来，但是大家在配置的时候还是需要按部就班地配置。

（2）代码编写

因为我这次配置了两个外接LED灯，我想配置成两个不同呼吸频率的灯，通过对比来直观展现出占空比变化的影响。

首先还是打开我们的定时器，因为这次打开了我们的PWM，所以我们需要的函数也发生了相应的更改。

我们使用HAL_TIM_PWM_Start来实现开启定时器和PWM通道的功能。

第一个参数就是我们要打开的定时器，前文已经介绍过，第二个参数是我们打开的PWM通道，因为我们之前再CUBE里面配置的是通道二，所以我们这里就需要输入TIM_CHANNEL_2来进行通道打开。

现在来实现我们的呼吸功能，所谓呼吸灯其实是不断地修改PWM的占空比来达到我们的LED灯逐渐变亮和逐渐变暗的功能。为了实现呼吸灯先逐渐变亮后逐渐变暗的功能，首先我们得设定一个阈值，在达到阈值前，我们的占空比逐渐增大；在达到阈值后，我们的占空比逐渐变小直到为0或者其他特定值后再反过来增加。

而实现点灯的IO口，我们可以按照刚才给出的开发板的接口图对照，其中T3C2指的就是TIM3_CHANNEL2，而所对应的接口为PA7，同理可以找到T4C2的接口为PB7，将我们的两个灯以低电平点亮的方式外接在开发板上。

而实现将PWM输出的函数为：__HAL_TIM_SetCompare

从左至右的三和参数分别为：定时器、通道、占空比。其实现的功能就是在定时器指定的通道输出指定占空比的PWM脉冲。了解这些后，就可以开始我们的代码书写了。

while (1)
{
    /* USER CODE END WHILE */
        HAL_Delay(50);  //控制呼吸灯呼吸速率
                   //控制占空比大小，即修改CCRx的大小
        if(TIM3_direction){
            TIM3_pwmVal=TIM3_pwmVal+10;
            
        }else{
            TIM3_pwmVal=TIM3_pwmVal-10;
        }
        //设置了ARR为499，因此每计数500为一个周期
        if(TIM3_pwmVal > 500){ 
            TIM3_direction = 0;  //改变呼吸灯方向
        }else if(TIM3_pwmVal == 0){
            TIM3_direction = 1;  //改变呼吸灯方向
        }
        //修改定时器3通道2的PWM的占空比
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim3,TIM_CHANNEL_2,TIM3_pwmVal);
          if(TIM4_direction){
            TIM4_pwmVal=TIM4_pwmVal+20;
            
        }else{
            TIM4_pwmVal=TIM4_pwmVal-20;
        }
        if(TIM4_pwmVal > 500){ 
            TIM4_direction = 0;  //改变呼吸灯方向
        }else if(TIM4_pwmVal == 0){
            TIM4_direction = 1;  //改变呼吸灯方向
        }
        //修改定时器4通道2的PWM的占空比
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim4,TIM_CHANNEL_2,TIM4_pwmVal);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

当然，别忘了定义我们的全局变量，这是完成我们呼吸灯的重要参数。

uint16_t TIM3_pwmVal=0;     //TIM3的占空比
uint16_t TIM4_pwmVal=0;     //TIM3的占空比
uint16_t TIM3_direction=1;  //控制TIM3的呼吸；1是越来越亮，0是越来越暗
uint16_t TIM4_direction=1;  //控制TIM4的呼吸；1是越来越亮，0是越来越暗

代码的具体位置无所谓，但是要在我们的int main前面。接下来就可以进行代码的烧录了。