STM32 同一定时器四路不同占空比PWM输出+舵机角度精准控制

最新推荐文章于 2025-03-26 22:43:00 发布

Utotao

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分类专栏： STM32单片机开发文章标签： pwm多路输出

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2019.3.25更新

pwm使用较为简单，但是对于精准控制，比如用于步进电机的控制和舵机控制，则要准确计算它的脉宽和占空比。
脉冲周期计算： PWM所使用的时钟频率f = 相应定时器频率 / (TIM_Prescaler+1) ； => T = TIM_Period/f
占空比计算： = TIM_Pulse / T
至于PWM所使用的时钟频率f，最好通过debug测试，这样是最准确的

  RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);//设置AHB不分频，HCLK=SYSCLK
  RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);//设置APB2不分频，P2CLK=HCLK =72MHz
  RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2); //设置APB1 为2分频，P1CLK=HCLK/2=72/2=36MHz

1、PWM单路输出库函数配置过程：

（1）使能定时器3和相关IO口时钟。   
    使能定时器3时钟：RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);      
    使能GPIOB时钟：RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
	（2）使能复用功能： void GPIO_PinRemapConfig(u32 GPIO_Remap, FunctionalState NewState)   
/**********************************************************************
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)
改变指定管脚的映射
====================================================================
===========================GPIO_Remap值表===========================
====================================================================
GPIO_Remap 									描述
GPIO_Remap_SPI1 SPI1 						复用功能映射
GPIO_Remap_I2C1 I2C1 						复用功能映射
GPIO_Remap_USART1 USART1				    复用功能映射
GPIO_PartialRemap_USART3 USART2		        复用功能映射
GPIO_FullRemap_USART3 USART3 				复用功能完全映射
GPIO_PartialRemap_TIM1 USART3 				复用功能部分映射
GPIO_FullRemap_TIM1 TIM1					复用功能完全映射
GPIO_PartialRemap1_TIM2 TIM2 				复用功能部分映射 1
GPIO_PartialRemap2_TIM2 TIM2 				复用功能部分映射 2
GPIO_FullRemap_TIM2 TIM2 					复用功能完全映射
GPIO_PartialRemap_TIM3 TIM3 				复用功能部分映射
GPIO_FullRemap_TIM3 TIM3 					复用功能完全映射
GPIO_Remap_TIM4 TIM4 						复用功能映射
GPIO_Remap1_CAN CAN 						复用功能映射 1
GPIO_Remap2_CAN CAN 						复用功能映射 2
GPIO_Remap_PD01 PD01 						复用功能映射
GPIO_Remap_SWJ_NoJTRST 						除 JTRST 外 SWJ 完全使能（JTAG+SW-DP）
GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable 					JTAG-DP 失能 + SW-DP 使能
GPIO_Remap_SWJ_Disable 						SWJ 完全失能（JTAG+SW-DP）
=======================================================================
*********************************************************************************/
（2）配置输出管脚

 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;       //TIM_CH1、TIM_CH2
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;         //复用推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

（4）初始化定时器：ARR,PSC等：void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef*
TIM_TimeBaseInitStruct)
功能描述：根据 TIM_TimeBaseInitStruct 中指定的参数初始化 TIMx 的时间基数单位
========================================
TIM_TimeBaseInitTypeDef structure
TIM_TimeBaseInitTypeDef 定义于文件“stm32f10x_tim.h”：
typedef struct
{
u16 TIM_Period;
u16 TIM_Prescaler;
u8 TIM_ClockDivision;
u16 TIM_CounterMode;
} TIM_TimeBaseInitTypeDef;
=======================================
（5）初始化输
出比较参数:void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef*
TIM_OCInitStruct);
=======================================
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;      //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   //比较输出使能
 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 499;             //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;    //输出极性:TIM输出比较极性高
======================================
（6）使能预装载寄存器： TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //CH2预装载使能   

（7）使能自动重装载的预装载寄存器允许位： TIM_ARRPreloadConfig(TIM3,ENABLE);

（8）使能定时器： TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);           //使能TIM3

2、四路不同占空比PWM输出

输出引脚GPIO_B，属于部分复用输出

2.1、时钟使能

 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);      //使能定时器3的时钟
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);   //使能外设时钟使能

2.2、使能部分复用功能

GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE);       //TIM选择全复用功能使能

2.3、输出引脚初始化

 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;       
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;         //复用推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

2.4、定时器初始化

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;        //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值  80K
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;        //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;    //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;    //TIM向上计数模式
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
 TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

2.5、PWM输出设置

 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;      //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   //比较输出使能
 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = pwm1;             //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;    //输出极性:TIM输出比较极性高
 TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);         //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
 TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //CH1预装载使能
 
 
 
 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = pwm2; 
 TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);         //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
 TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //CH2预装载使能  

 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = pwm3; 
 TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);         //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
 TIM_OC3PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //CH3预装载使能  

 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = pwm4; 
 TIM_OC4Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);         //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
 TIM_OC4PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //CH4预装载使能

2.6、使能预装载寄存器

TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE);       //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器

2.7、使能定时器

TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);           //使能TIM3

2.8、调用

pwm_config(1000,1000,800,600,400,200);

输出结果：

在这里插入图片描述
补充：其余定时器端口重映射
定时器 4 复用功能重映像
定时器 2 复用功能重映像

定时器 1 复用功能重映像

3、舵机控制

3.1 舵机原理

舵机（英文叫 Servo）： 它由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统。通过发送信号，指定输出轴旋转角度。舵机一般而言都有最大旋转角度（比如 180 度。）与普通直流电机的区别主要在，直流电机是一圈圈转动的，舵机只能在一定角度内转动，不能一圈圈转（数字舵机可以在舵机模式和电机模式中切换，不存在此问题）。普通直流电机无法反馈转动的角度信息，而舵机可以。用途也不同，普通直流电机一般是整圈转动做动力用，舵机是控制某物体转动一定角度用（比如机器人的关节）。

舵机操控原理：
一般而言，舵机的基准信号都是周期为 20ms（PWM周期），宽度为 1.5ms（PWM脉宽）。这个基准信号定义的位置为中间位置。舵机有最大转动角度，中间位置的定义就是从这个位置到最大角度与最小角度的量完全一样。最重要的一点是，不同舵机的最大转动角度可能不相同，但是其中间位置的脉冲宽度是一定的，那就是1.5ms。
在这里插入图片描述
注意：

 1. 舵机上如果有负载需要更大的驱动电流
 2. 一般情况下，180度舵机的最大角度可达190度，甚至200度
 3. 要按波形脉宽与旋转角度不断调节，标定出手中多级的**脉宽--角度曲线**。因为厂家曲线并不正确。

3.2 舵机控制代码

PWM设置：

#include "pwm.h"

//设置占空比和周期不同的pwm

//配置pwm
void pwm_config(u16 arr,u16 psc,u16 pwm1)
{
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
 TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;

 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);      //使能定时器3的时钟,APB1最大频率是72Mhz,这个值是实际debug出来的/
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);   //使能外设时钟使能 
// GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE);       //TIM选择全复用功能使能 
 
 
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 ;       //TIM_CH1、
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;         //复用推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

 
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;        //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值  80K
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;        //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV4;    //设置滤波
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;    //TIM向上计数模式
 TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
 TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);      //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位

 
 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;      //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   //比较输出使能
 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = pwm1;             //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;    //输出极性:TIM输出比较极性高
 TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);         //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
 TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //CH1预装载使能
 

 TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE);       //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器
 TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);           //使能TIM3   
}

main.c

int main(void)
{
	SysTick_Init();
	/* 72/(1439+1) = 0.05MHz时钟，,T = (999+1)*20us = 20ms;1ms/20ms*/
	pwm_config(999,1439,50);
	while(1);
}

3.3 结果

PWM周期20ms：
在这里插入图片描述
PWM脉宽1ms：

调整函数pwm_config(u16 arr,u16 psc,u16 pwm1)中pwm1的值，舵机将会旋转不同的角度，通过标定，就可以得到精准的PWM脉宽--舵机旋转角度曲线。
但是，这里只是实现其功能，所以没有做出具体的标定，以后有需要在标定吧。