代码收藏家技术教程 25天前

如何解决STM32G431输出PWM扫频消失问题

一、PWM变频率消失问题

最近练习蓝桥杯嵌入式的题目，需要输出一个PWM扫频的信号，遇到了PWM变频率时有几率消失的问题，下面来研究下原因和解决方案。

由于Keil怎么改设置都不肯给我看外设寄存器，下面用CubeIDE复现下PWM消失的情况，用ST-Link调试。

时钟倍频到170MHz，用TIM2_CH2输出PWM，定时器设置如图

定时器设置

PWM的Pulse设成500，默认输出1kHz 50%占空比的PWM。

测试代码如下，为了方便，我一般把初始化和主循环的代码写到自己建的UserTask文件里，在main.c里include之后，把UserTask_init()和UserTask_loop()两个函数分别放到while(1)的前面和里面即可。

#include <UserTask.h>

uint32_t Freq = 1000, Period = 999, OnTime = 500;
float Duty = 50;
uint8_t Dir = 1;

void UserTask_init(void) {
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_2);
}

void UserTask_loop(void) {
    if (Dir) {
        Freq += 100;
        if (Freq >= 10000) Dir = 0;
    }
    else {
        Freq -= 100;
        if (Freq <= 1000) Dir = 1;
    }
    Period = (uint32_t)(1E6F / (float)Freq - 0.5F);
    OnTime = (uint32_t)((float)(Period + 1) * Duty / 100 + 0.5F);
    __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim2, Period);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_2, OnTime);
    HAL_Delay(10);
}

上面的程序希望实现PWM频率从1kHz上升至10kHz，再从10kHz下降至1kHz，占空比保持不变的循环扫频。通过__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD宏来直接设置定时器的自动重装值，改变定时器的周期，从而实现频率的更新；通过__HAL_TIM_SET_COMPARE宏来直接设置定时器的比较值，改变PWM的高电平时间，从而实现占空比的设定。

编译下载后，运行效果如下

PWM扫频消失

可以看到，PWM在上升到某个频率后消失，之后一直没有输出。

二、原因探究

查看STM32G4的参考手册，可以看到对于通用定时器的基础单元有这样的描述

我们使用的就是向上计数模式，当定时器的计数器向上计数至自动重装值后，计数器清零，开始下一个周期。那么这里就产生了一个问题，我们在定时器运行时设置自动重装值，如果当前的计数值大于新设置的自动重装值，会不会直接触发定时器清零呢？

下面在调试模式查看TIM2的寄存器

可见在启动后，自动重装寄存器（ARR）和捕获/比较寄存器2（CCR2）的值都在正常地循环变化，但是定时器的计数值（CNT）却远远大于了ARR值。说明计数器并没有清零，计数器的清零只发生在CNT=ARR的下一周期，如果我们设置的ARR值比CNT还小，那计数器会一直计数到溢出，此处TIM2是32为定时器，计数到2^32-1才会溢出，所以看起来PWM输出直接消失了。

三、解决方案1

继续查看手册，寻找解决方案

如果使能自动重装预装（ARPE=1），那么写入的新ARR值会存入自动重装预装寄存器，它不会立即生效，而是会在定时器更新的时刻，再从自动重装预装寄存器拷贝至自动重装影子寄存器。也就是说，我们写入的新周期值会在定时器的下一个周期生效，从而避免自动重装值小于计数值的情况发生。

在定时器的设置界面，将“auto-reload preload”设为Enable，再次进行测试，PWM输出正常

正常PWM扫频

在调试界面查看TIM2的寄存器，可看到此时CNT的值也正常地周期变化，不再不受控地增大

四、解决方案2

当然，使用自动重装预装的方式，PWM周期的更新会延迟一个计时周期，这一般不是大问题，如果一定想让周期立即更新，也可以采用程序判断的方式解决计数值超过重装值的问题。在定时器的设置界面，将“auto-reload preload”改回Disable，修改代码如下

#include <UserTask.h>

uint32_t Freq = 1000, Period = 999, OnTime = 500;
float Duty = 50;
uint8_t Dir = 1;

void UserTask_init(void) {
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_2);
}

void UserTask_loop(void) {
    if (Dir) {
        Freq += 100;
        if (Freq >= 10000) Dir = 0;
    }
    else {
        Freq -= 100;
        if (Freq <= 1000) Dir = 1;
    }
    Period = (uint32_t)(1E6F / (float)Freq - 0.5F);
    OnTime = (uint32_t)((float)(Period + 1) * Duty / 100 + 0.5F);
    __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim2, Period);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_2, OnTime);
    if (__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2) > Period) {
        __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0);
    }
    HAL_Delay(10);
}

上面的程序在设置自动重装值为新的周期值后，用__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2)来读取当前计数值，如果它大于周期值，那么直接调用__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0);来清零计数器，也解决了PWM变频率消失的问题。

作者：SineWave~