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使用STM32F407单一定时器输出4路不同频率和占空比的PWM波详解

前言：写上一篇单一定时器输出四路PWM时就想过能否输出四路不同频率及占空比的PWM波形，最近有空就花时间研究了一下，首先定时器的频率在ARR和PSC设置好之后就已经锁定了，要输出不同频率的波形需要使用TIM_OCMode_Toggle电平翻转模式，在中断中动态修改CRR比较寄存器的值来控制电平不断翻转实现不同频率波形

程序效果演示

STM32单一定时器输出四路不同频率及占空比的PWM波


一、程序思路
因为定时器只有一个CNT计数器所以只能有一个输出频率，若要实现多路不同频率波形，只能通过在当前CNT计数器的基础上不断累加自身CCR寄存器的值来触发中断在中断中翻转波形的方式，此时中断触发的频率即为波形的频率（CLOCK/PSC/ARR*(ARR/CRR每次加的数字大小)）；PS：CNT计数器与CCR寄存器都不存在数据溢出的风险，当数据值大于65535后会自动将多出的不分从0开始计数，所以不需要单独处理这部分数据。
二、程序实现
1、创建所需变量数组

//定义通道1的CCR比较值
uint16_t CCR_Value[4] = {5000,10000,15000,20000};

//设置各通道的占空比大小
float Duty_Ratio[4] = {0.5,0.6,0.7,0.8};

//定义一个标志位用于存放是高电平中断还是低电平中断,初始为高电平
uint8_t flag[4] = {0,0,0,0};

//用于存放各个通道中断时的CNT计数器值
uint32_t CNT[4] = {0,0,0,0};

2、配置GPIO

//开启相关GPIO外设时钟
	RCC_AHB1PeriphClockCmd (RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); 
	RCC_AHB1PeriphClockCmd (RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE); 
	// 定时器3引脚复用 注：引脚复用函数参数只能有一个引脚不能同一个方法填写多个
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource6,GPIO_AF_TIM3); 
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource7,GPIO_AF_TIM3); 
	GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource0,GPIO_AF_TIM3);
	GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource1,GPIO_AF_TIM3);
	
	//定义结构体用于初始化GPIO
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	//初始化GPIOA														   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;    
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; 
	//初始化结构体A
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	//初始化GPIOB
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;	
	//初始化结构体B，相同参数可复用
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

3、配置定时器
PS：此时定时器需要不断翻转，所以配置为电平翻转模式，且需要失能定时器通道自动重装器，手动装载CCR的值来达到控制翻转的目的

	 // 开启TIMx时钟 
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
	 //定义时基单元初始化结构体
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	 //定义PWM输出参数结构体
	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
	 //PWM结构体预初始化，防止数据未初始化对数据产生影响
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	 //当定时器从0计数到65535，即为65535次为一个定时周期，定时周期到了之后会产生一个更新或中断，可通过更新中断TIM_IT_Update来捕获
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535-1;       
	// 通用控制定时器时钟源TIMxCLK = HCLK/2=84MHz 
	// 设定定时器频率为=TIMxCLK/(TIM_Prescaler+1)=400KHz  此时定时器输出的频率为84000000/65535/21=61hz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 21-1;	
	// 采样时钟分频，分频含义为几个周期采集一次数据，此处不分频
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
	// 计数方式，向上计数
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
	
	// 初始化定时器TIM3
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
	
	//PWM模式配置
	//配置为电平翻转模式
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Toggle;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;	
	//此处设置比较值为5000
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR_Value[0];
	//当定时器计数值小于CCR寄存器值时时为高电平
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  
	//使能定时器3通道，相同参数可复用，
	//使能通道1
	TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);	
//此处设置比较值为10000	
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR_Value[1];
	//使能通道2
	TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);	
//此处设置比较值为15000	
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR_Value[2];
	//使能通道3
	TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);	 
	//此处设置比较值为20000
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR_Value[3];
	//使能通道4
	TIM_OC4Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);	 
	 
	//重载的目的是在定时器的预加载寄存器中存入要修改的TIM_SetCompareX值，防止修改值立即对当前周期生效影响电平，使得参数可以在上一个周期执行完之后使能
	//此处不需要重载功能，若要实时输出不同频率及占空比的波形就需要修改数据后实时生效
	//失能定时器3所有通道重载
	//失能通道1重载
	TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Disable);
	//失能通道2重载
	TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Disable);
	//失能通道3重载
	TIM_OC3PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Disable);
	//失能通道4重载
	TIM_OC4PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Disable);

4、配置中断源并开启定时器中断

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; 
	//设置中断组为0
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);		
	//设置中断来源
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; 	
	//设置抢占优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;	 
	//设置响应优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;	
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	//定时器四个通道中断使能，先配置中断源再打开中断保证中断设置可以使能上
	TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_CC1 | TIM_IT_CC2 | TIM_IT_CC3 | TIM_IT_CC4, ENABLE);
	
	//使能定时器
	TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);

5、在中断中捕获电平翻转中断并修改CCR值

void TIM3_IRQHandler(void)
{
	//处理通道1中断
	if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_CC1) == SET){
		//存储通道1中断时的计数器值
		CNT[0] = TIM_GetCapture1(TIM3);
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_CC1);
		if(flag[0] == 0){
			flag[0] = 1;
			//将下一段高电平持续时间存入CCR
			TIM_SetCompare1(TIM3,CNT[0]+CCR_Value[0]*Duty_Ratio[0]);
		}else{
			flag[0] = 0;
			//将下一段低电平持续时间存入CCR
			TIM_SetCompare1(TIM3,CNT[0]+CCR_Value[0]*(1-Duty_Ratio[0]));
		}	
	}
	//处理通道2中断
	if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_CC2) == SET){
		//存储通道2中断时的计数器值
		CNT[1] = TIM_GetCapture2(TIM3);
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_CC2);
		if(flag[1] == 0){
			flag[1] = 1;
			//将下一段高电平持续时间存入CCR
			TIM_SetCompare2(TIM3,CNT[1]+CCR_Value[1]*Duty_Ratio[1]);
		}else{
			flag[1] = 0;
			//将下一段低电平持续时间存入CCR
			TIM_SetCompare2(TIM3,CNT[1]+CCR_Value[1]*(1-Duty_Ratio[1]));
		}	
	}
	//处理通道3中断
	if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_CC3) == SET){
		//存储通道3中断时的计数器值
		CNT[2] = TIM_GetCapture3(TIM3);
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_CC3);
		if(flag[2] == 0){
			flag[2] = 1;
			//将下一段高电平持续时间存入CCR
			TIM_SetCompare3(TIM3,CNT[2]+CCR_Value[2]*Duty_Ratio[2]);
		}else{
			flag[2] = 0;
			//将下一段低电平持续时间存入CCR
			TIM_SetCompare3(TIM3,CNT[2]+CCR_Value[2]*(1-Duty_Ratio[2]));
		}	
	}
	//处理通道4中断
	if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_CC4) == SET){
		//存储通道4中断时的计数器值
		CNT[3] = TIM_GetCapture4(TIM3);
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_CC4);
		if(flag[3] == 0){
			flag[3] = 1;
			//将下一段高电平持续时间存入CCR
			TIM_SetCompare4(TIM3,CNT[3]+CCR_Value[3]*Duty_Ratio[3]);
		}else{
			flag[3] = 0;
			//将下一段低电平持续时间存入CCR
			TIM_SetCompare4(TIM3,CNT[3]+CCR_Value[3]*(1-Duty_Ratio[3]));
		}	
	}
}

三、小结
使用此方式输出四路不同频率PWM波需要对定时器有相当的理解，且在定时器初始化时其持续输出高电平无频率，需后续改进或丢弃此段数据

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