代码收藏家技术教程 2023-08-15

STM32定时器（TIM）使用详解（2）

文章目录

输出比较

输出比较，简称OC（Output Compare）。
输出比较的原理是，当定时器计数值与比较值相等或者满足某种特定条件时，比较通道会产生一个输出信号，这个输出信号可以用来触发外部事件，如控制其他外设的操作，或者驱动外部电路。
在每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输出比较通道。
高级定时器的前3个通道额外拥有死区生成和互补输出的功能。

PWM

我们可以利用输出比较来对外产生一个PWM频率。
PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制，是一种常用的控制信号技术。通过改变信号的脉冲宽度来控制电力开关装置的平均功率。在PWM中，周期保持不变，而脉冲的宽度可以根据需要进行调整。
PWM技术广泛应用于电力电子领域，特别是在电机控制和电源调节方面。通过调整PWM信号的占空比（脉冲宽度与周期之比），可以精确地控制输出信号的平均电压或电流。这种控制方式可以实现对电机速度、亮度、电压等参数的精确控制，具有高效率、高精度和低成本的优点。

频率=1/Ts；占空比=Ton/Ts；分辨率=占空比的变化步距。
我们可以利用输出比较，对输出电平进行一定程度的控制，就能输出PWM频率。

输出比较通道

通用定时器总框图。

放大效果：

在比较通道左边，CNT计数器与捕获/比较寄存器中的值进行比较大小，再根据控制器，就会输出一定的电平。
ETRF是定时器的小功能，一般不用到。
REF（rreference）实际上就是指这里信号的高低电平。REF可以映射到主模式的TRGO输出上去;REF的主要去向是去到输出使能电路，它会先走向一个寄存器，如果寄存器输出为0，那么电平将不翻转，保持原样；如果信号为1，REF会通向一个非门取反，也就是高低电平翻转的信号；接着通过使能电路，将有一个寄存器（CC1E）控制；最后到OC1引脚，接到CH1通道上。
输出模式控制器，可以根据自己需求来选择模式：

参数计算

红色线表示CCR，也就是比较值；黄色线表示自动装载寄存器中的值（ARR);蓝色线表示计数值CNT；
当CNT<CCR时，输出高电平；当CNT>=CCR时，输出低电平。
这里对应的是PWM模式1的向上计数。

PWM频率： Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)
PWM占空比： Duty = CCR / (ARR + 1)
PWM分辨率： Reso = 1 / (ARR + 1)

舵机简介

舵机（Servo）是一种常用的电动执行器，通常用于控制机械运动和定位定位。它由一个直流电机、减速装置、位置反馈装置和控制电路组成。
舵机的工作原理是控制电路根据输入信号生成特定的PWM信号，并驱动直流电机和减速装置运转，使输出轴转动到所需的位置。位置反馈装置（常用的是旋转式电位器）会实时监测输出轴的位置，并将信息反馈给控制电路，以便进行修正和精确控制。

SG90使用要求：输入PWM信号要求：周期为20ms，高电平宽度为0.5ms~2.5ms

硬件电路：

直流电机简介

直流电机是一种将电能转换为机械能的装置，有两个电极，当电极正接时，电机正转，当电极反接时，电机反转。
直流电机属于大功率器件，GPIO口无法直接驱动，需要配合电机驱动电路来操作。

TB6612

TB6612是一款双路H桥型的直流电机驱动芯片，常用于控制直流电机的转动方向和速度。它具有高效率、低功耗和高输出等特点，适用于各种电机驱动应用。
TB6612芯片内部集成了H桥驱动电路，可通过控制引脚实现正转、反转、制动和浮动等操作。它可以工作于3.3V或5V逻辑电平，支持PWM输入控制电机速度，并提供过流保护功能，防止电机过载。

硬件电路：

PWM基本结构

通过配置时基单元，，让计时器驱动与CCR比较，在PWM模式1下输出电平最后通向GPIO口。

PWM驱动呼吸灯

接线模式：

PWM.h

#ifndef __PWM_H__
#define __PWM_H__

void PWM_Init();
void PWM_SetCompare(uint16_t Compare);

#endif

PWM.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void PWM_Init()
{
    
    //开启APB1外设开关
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    
   
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
    
    //配置内部时钟TIM2
    TIM_InternalClockConfig(TIM2);
    //时钟结构体初始化
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; //不分频
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //计时器模式
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=100-1; //自动加载寄存器周期值
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=1-1; //预分频值
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter=0; //指定重复计时器的值，这里不用到
    TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);
    //配置输出比较结构体
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1; //配置输出比较模式
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High; //指定输出极性
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;//输出比较状态
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=0; //指定要捕获的脉冲值CCR
    TIM_OC1Init(TIM2,&TIM_OCInitStructure);
    //启用TIM2外设控制
    TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);


}
//设置CCR比较值
void PWM_SetCompare(uint16_t Compare)
{
    TIM_SetCompare1(TIM2,Compare);
}

对于GPIO口来说，不止是接通了外设，还需要将PWM频率传输给外设，所以使用了复用推挽输出。
输出比较结构体有多个成员，我们这里一些成员不用到，所以先进行结构体初始化，再进行对一些成员的赋值。

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "PWM.h"

uint16_t i;

int main()
{
    OLED_Init();
    PWM_Init();
    
    while(1)
    {
        for(i=0;i<=100;i++)
        {
            PWM_SetCompare(i);
            Delay_ms(10);
        }
        for(i=0;i<=100;i++)
        {
            PWM_SetCompare(100-i);
            Delay_ms(10);
        }
    }
}

PWM驱动舵机

OLED函数所取地址

连接方式：

SYTM32驱动电压只有3.3V，舵机需要5V的驱动电压；

Servo.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "PWM.h"


void Servo_Init()
{
    PWM_Init();
}

void Servo_SetAngle(float Angle)
{
    PWM_SetCompare(Angle/180*200+50);
}

Servo.h

#ifndef __SERVO_H__
#define __SERVO_H__

void Servo_Init();
void Servo_SetAngle(float Angle);

#endif

这里的PWM频率是有要求的，所以需要将PWM.c的CNT和ARR进行修改：频率=72M/720/2000=50Hz。

这里的转动度数需要根据占空比来进行计算：

Key.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"

void Key_Init(void)
{
	//设置APB2外设时钟开关
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	//对结构体成员的选择
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	//结构体初始化
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

//获取键码
uint8_t Key_GetNum(void)
{
	uint8_t KeyNum = 0;
	if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)
	{
		Delay_ms(20);
		while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0);
		Delay_ms(20);
		KeyNum = 1;
	}
	if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0)
	{
		Delay_ms(20);
		while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0);
		Delay_ms(20);
		KeyNum = 2;
	}
	
	return KeyNum;
}

Key.h

#ifndef __KEY_H_
#define __KEY_H_

void Key_Init(void);
uint8_t Key_GetNum(void);

#endif

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Servo.h"
#include "Key.h"
uint16_t angle;
int main()
{
    OLED_Init();
    Servo_Init();
    Key_Init();
    OLED_ShowString(1,1,"Angle:");
    while(1)
    {
        
        if(Key_GetNum()==1)
        {
            angle+=30;
           if(angle>180)
        {
            angle=0;
        }
            
        }
        
       Servo_SetAngle(angle);
       OLED_ShowNum(1,7,angle,3);
    }
    
}

PWM控制电机

接线方式：

Motor.h

#ifndef __MOTOR_H__
#define __MOTOR_H__

void Motor_init();
void Motor_GetSpeed(int8_t Speed);

#endif

Motor.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "PWM.h"

void Motor_init()
{
    //设置APB2外设时钟开关
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	//对结构体成员的选择
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	//结构体初始化
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    PWM_Init();
}
//速度输入函数
void Motor_GetSpeed(int8_t Speed)
{
    if(Speed>=0)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5);
        GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);
        PWM_SetCompare(Speed);
    }
    else
    {
        GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);
        GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5);
        PWM_SetCompare(-Speed);
    }
}

PWM的占空比作为速度的调节，两个接口的正反接作为方向的控制。
对于电机驱动电路所接引脚，需要进行GPIO口的初始化；
当输入速度为负时，将接口上引脚进行电平翻转，读者可以进行尝试，怎么接为正，怎么接为负；对于小于0的速度，需要加上符号变成正数。

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Motor.h"
#include "Key.h"
int8_t Speed;
int main()
{
    OLED_Init();
    Motor_init();
    Key_Init();
    
    OLED_ShowString(1,1,"Speed:");
    while(1)
    {
        if(Key_GetNum()==1)
        {
            Speed+=20;
            if(Speed>100)
            {
                Speed=-100;
            }
        }
        Motor_GetSpeed(Speed);
        OLED_ShowSignedNum(1,7,Speed,3);
    } 
}