STM32F103RCT6 -- 定时器TIM2 输出 PWM 波形

张小兔爱钱钱

已于 2023-05-23 16:19:14 修改

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文章标签： stm32 单片机嵌入式硬件 mcu iot

于 2023-05-23 15:59:27 首次发布

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本文详细介绍了如何在STM32F103RCT6微控制器上使用TIM2定时器生成40kHz的PWM信号，包括设置时钟源、预分频系数、计数周期和占空比。同时，讨论了PWM信号在电机速度控制、LED亮度调节、声音发生以及电压调节中的应用，并提供了相应的代码示例。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1. 实现方式：

在STM32F103RCT6上产生一个40kHz的PWM信号，可以选择使用TIM2定时器。首先，需要配置TIM2的时钟源和预分频系数，以获得正确的计数时钟。由于要输出40kHz的PWM信号，因此可以将计数器的周期设置为1800（即72MHz/40kHz），以便每个PWM周期的持续时间是1/40kHz=25us。

然后，需要计算占空比。在本例中，占空比为50%，因此可以将CCR值设置为周期的一半，即900。在计数器溢出之前到达900时，输出会被拉高。当计数器再次比900小的时候，输出会被拉低。

最后，需要配置TIM2的PWM模式和输出通道，以便产生正确的PWM信号。在这里，我们通过设置PWM模式为TIM_OCMode_PWM1和输出通道为TIM_OCMode_PWM2来实现。

2. 代码实现：

// 定义周期
#define PWM_PERIOD 1800

// 定义占空比
#define DUTY_CYCLE (PWM_PERIOD / 2)

// 配置TIM2为PWM输出模式
void TIM2_PWM_Init(void)
{
    // 定义结构体变量
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;

    // 使能TIM2时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    // 初始化TIM2
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 0;   // 不预分频
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // 向上计数模式
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = PWM_PERIOD - 1;  // 自动重装载值
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  // 时钟分频
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);

    // 配置TIM2为PWM模式，输出通道2
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;  // PWM模式1
    TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  // 使能输出
    TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = DUTY_CYCLE;  // 占空比
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  // 输出极性为高
    TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStruct);

    // 使能TIM2
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

需要注意的是，在使用TIM2产生PWM信号时，可能会受到其他因素（例如电源噪声、交错IO干扰等）的影响，导致实际输出信号的占空比和频率有所偏差。此时需要通过实际测试和调试来进行校准和优化，以获得更加精确和稳定的PWM输出信号。

3. 计数周期计算

在STM32F103RCT6时钟位72MHz下，如果要输出一个每秒钟有40,000个脉冲的PWM信号，那么每个脉冲的时间为 (1 / 40,000) s = 25us。

因此，如果使用定时器模块来产生这个PWM信号，需要将定时器的计数周期设置成每个脉冲的时间 25us 的计数值。计算公式如下：

计数周期 = (定时器时钟频率 ÷ PWM频率) - 1

其中，PWM频率为40kHz，定时器时钟频率为72MHz。代入公式可得：

计数周期 = (72,000,000 ÷ 40,000) - 1 = 1799

因为定时器是从0开始计数，所以实际上计数器的计数范围应该是0~1799，一共1800个计数值。因此，将计数周期设置为1800即可生成一个每秒钟有40,000个脉冲的PWM信号。

4. PWM 波用途

4.1 控制电机速度：

PWM信号可以输入到电机驱动器中，由驱动器将其转换成电压或电流，以控制电机的转速和功率输出。
PWM信号可以通过改变电极输出电压的占空比来控制电极。在控制电极输出时，我们通常将PWM信号的占空比定义为：

占空比 = (高电平时间 ÷ PWM周期) × 100%

其中，PWM周期是PWM信号一个完整的周期时间长度，高电平时间表示PWM信号输出高电平的持续时间。

电极在输出电压时，其输出电压与PWM信号高电平时间长短成正比（时间越长，输出电压越大），因此我们可以通过改变PWM信号的占空比来控制电极的输出电压。

4.1.1 例如:

如果PWM周期为10ms，需要让电极输出5V电压，则可以将PWM信号的高电平时间设置为5ms，低电平时间也为5ms，在10ms的周期内完成一次PWM波形输出。因此，该PWM信号的占空比为50%。

具体实现时，我们可以使用MCU的定时器功能来生成指定周期和占空比的PWM信号，驱动电极输出。以使用STM32的定时器功能产生PWM信号为例，代码实现如下：

// 定义占空比为50%
#define DUTY_CYCLE 500

// 配置TIM2为PWM输出模式
void TIM2_PWM_Init(void)
{
    // 定义结构体变量
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;

    // 使能TIM2时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    // 初始化TIM2
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 0;   // 不预分频
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // 向上计数模式
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 1800 - 1;  // 自动重装载值
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  // 时钟分频
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);

    // 配置TIM2为PWM模式，输出通道2
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;  // PWM模式1
    TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  // 使能输出
    TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = DUTY_CYCLE;  // 占空比
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  // 输出极性为高
    TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStruct);

    // 使能TIM2
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

上述代码中，将定时器TIM2的计数周期设置为1800，可以生成一个40kHz的PWM信号。将PWM信号的输出通道设置为TIM2的通道2，并将占空比设置为50%（DUTY_CYCLE = 500），即可驱动电极输出5V的电压。

需要注意的是，实际输出电压和占空比可能存在一定误差，可以通过实验和调试进行校准和优化。此外，在控制电极输出时，需要注意保护电路和控制电压的稳定性，以免对电子设备和用户造成损伤。

4.2 LED亮度调节：

通过改变LED灯的亮度，可以改变LED的发光强度，实现亮度调节效果。使用PWM信号控制LED的开启时间和关闭时间，即可改变LED的亮度。
LED在输出电流时，其亮度与电流强度成正比，而电流的大小与PWM信号高电平时间长短成正比（时间越长，输出电流越大），因此我们可以通过改变PWM信号的占空比来控制LED的亮度和开启时间。

4.2.1 例如:

如果PWM周期为10ms，需要让LED以50%的亮度输出，则可以将PWM信号的高电平时间设置为5ms，低电平时间也为5ms，在10ms的周期内完成一次PWM波形输出。因此，该PWM信号的占空比为50%。

具体实现时，我们可以使用STM32的定时器功能来生成指定周期和占空比的PWM信号，驱动LED灯的亮度输出。以使用TIM2定时器产生40kHz的PWM信号为例，代码实现如下：

// 定义占空比为50%
#define DUTY_CYCLE 500

// 配置TIM2为PWM输出模式
void TIM2_PWM_Init(void)
{
    // 定义结构体变量
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;

    // 使能TIM2时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    // 初始化TIM2
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 0;   // 不预分频
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // 向上计数模式
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 1800 - 1;  // 自动重装载值
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  // 时钟分频
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);

    // 配置TIM2为PWM模式，输出通道2
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;  // PWM模式1
    TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  // 使能输出
    TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = DUTY_CYCLE;  // 占空比
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  // 输出极性为高
    TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStruct);

    // 使能TIM2
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

上述代码中，将定时器TIM2的计数周期设置为1800，可以生成一个40kHz的PWM信号。将PWM信号的输出通道设置为TIM2的通道2，并将占空比设置为50%（DUTY_CYCLE = 500），即可驱动LED输出50%的亮度。

需要注意的是，实际输出亮度和占空比可能存在一定误差，可以通过实验和调试进行校准和优化。

4.3 发出特定频率的声音：

PWM信号可以通过扬声器或震动器等装置，发出特定频率的声音或振动信号。这在蜂鸣器、手机震动等场景中都有应用。

PWM信号可以通过改变输出波形的频率和占空比来发出特定频率的声音。在发出声音时，我们通常将PWM信号的频率定义为：

频率 = PWM时钟频率 ÷ (PWM周期 + 1)

其中，PWM时钟频率是MCU定时器的工作时钟频率，PWM周期是PWM信号一个完整的周期时间长度。

不同频率对应的PWM周期不同，这也决定了PWM信号每个周期内的高电平和低电平时间。例如，如果需要发出1000Hz的声音，则根据上述公式可以计算出PWM周期为：

PWM周期 = PWM时钟频率 ÷ 频率 - 1 = 72MHz ÷ 1000Hz - 1 = 71999

4.3.1 例如：

因此，可以使用STM32的定时器功能来生成指定频率和占空比的PWM信号，发出特定频率的声音。以使用TIM2定时器产生1000Hz的PWM信号为例，代码实现如下：

// 驱动蜂鸣器发出1000Hz的声音
void Beep_Init(void)
{
    // 定义结构体变量
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;

    // 使能TIM2时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    // 初始化TIM2，产生1000Hz的PWM信号
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 71999;  // PWM周期，对应1000Hz
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 0;  // 不预分频
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  // 时钟分频
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // 向上计数模式
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);

    // 配置TIM2为PWM模式，输出通道2
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;  // PWM模式1
    TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  // 使能输出
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  // 输出极性为高
    TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 36000;  // 占空比，对应50%
    TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStruct);

    // 启动TIM2
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

上述代码中，将定时器TIM2的计数周期设置为71999，可以生成一个1000Hz的PWM信号。将PWM信号的输出通道设置为TIM2的通道2，并将占空比设置为50%（对应PWM信号的高电平和低电平时间相等），即可驱动蜂鸣器发出特定频率的声音。

需要注意的是，具体实现时需要根据要发出的声音频率来计算出对应的PWM周期和占空比，并进行合理配置和调整。此外，在发出声音时，需要注意保护设备和用户的听觉健康，避免过大的声音对听力造成损伤。

4.4 电压调节：

PWM信号可以输入到电路中，通过控制输出的占空比，来实现对电压的调节。例如在稳压电源中，就可以使用PWM信号来控制输出的电压值。
PWM可以通过控制输出波形的占空比来实现电压调节。在PWM输出时，输出电压与PWM信号高电平时间长短成正比（时间越长，输出电压越大），因此我们可以通过改变PWM信号的占空比来调节输出电压。

4.4.1 例如：

具体实现时，我们可以使用MCU的定时器功能来生成指定周期和占空比的PWM信号，驱动输出电路进行电压调节。以使用STM32的定时器功能产生PWM信号为例，代码实现如下：

// 定义占空比为50%
#define DUTY_CYCLE 500

// 配置TIM2为PWM输出模式
void TIM2_PWM_Init(void)
{
    // 定义结构体变量
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;

    // 使能TIM2时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    // 初始化TIM2
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 0;   // 不预分频
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // 向上计数模式
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 1800 - 1;  // 自动重装载值
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  // 时钟分频
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);

    // 配置TIM2为PWM模式，输出通道2
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;  // PWM模式1
    TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  // 使能输出
    TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = DUTY_CYCLE;  // 占空比
    TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  // 输出极性为高
    TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStruct);

    // 使能TIM2
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

上述代码中，将定时器TIM2的计数周期设置为1800，可以生成一个40kHz的PWM信号。将PWM信号的输出通道设置为TIM2的通道2，并将占空比设置为50%（DUTY_CYCLE = 500），即可通过驱动输出电路进行电压调节。

需要注意的是，实际输出电压和占空比可能存在一定误差，可以通过实验和调试进行校准和优化。此外，在进行电压调节时，需要考虑负载电流和电源稳定性等因素，以避免对电路和器件造成不良影响。