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嵌入式学习笔记6.PWM

news 2025/10/12 17:05:11

脉冲宽度调制（pulsewidthmodulation，PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。

PWM信号有两个重要的参数：周期和占空比。

周期（Period）

一个完整PWM波形所持续的时间。

占空比（Duty）

高电平持续时间（T）与周期（Period）的比值。

$Duty=\frac{Ton}{Period}=\frac{CCR}{AAR+1}$

根据平均电压的计算公式：平均电压=峰值×占空比，

PWM信号能够进行电压调节的基本原理就是不同占空比的PWM信号等效于不同的平均电压。

捕获/比较通道由三个模块组成：输人捕获单元、捕获/比较寄存器、输出比较单元。

输入捕获单元

输入捕获单元用于捕获外部脉冲信号，捕获方式可以设置为上升沿捕获、下降沿捕获和双边沿捕获。发生捕获事件时，将计数器的当前计数值锁存到捕获/比较寄存器中，

捕获/比较寄存器

捕获/比较寄存器TIMx_CCR是捕获/比较通道中最重要的寄存器。在输人捕获模式下用于存放发生捕获事件时的计数值；在输出比较模式下用于存放预设的比较值。该寄存器具备预装载功能，由影子寄存器和预装载寄存器组成，预装载功能可由软件选择开启或关闭。

输出比较单元

输出比较单元用于信号输出。定时器通过将预设的比较值与计数器的计数值做匹配比较，从而实现各类输出，如PWM输出、电平翻转、单脉冲输出和强制输出。预设的比较值存放在捕获/比较寄存器TIMx_CCR中。
使用捕获/比较通道时需要注意以下几点：
①输入捕获功能和输出比较功能都是由定时功能衍生而来。因此，定时器工作于定时模式，时钟源为内部时钟CK_INT，时基单元的预分频时钟CK_PSC等于定时器的定时时钟TIMx_CLK。
②每个定时器具备1～4个独立的捕获/比较通道，每个通道具有独立的输入捕获单元、捕获/比较寄存器和输出比较单元，但共享同一个时基单元。
③每个捕获/比较通道都可以独立设置为捕获通道（用于输人捕获）或者比较通道（用于输出比较）但是两种功能只能选择其中之一。
④每个捕获/比较通道都有对应的通道引脚作为通道的输人/输出接口，这些通道引脚与GPIO引脚复用物理上只有一个引脚与之对应，在使用时，可以配置为输人捕获功能或者输出比较功能。
通道引脚所对应的GPIO引脚，可以查阅芯片的参考手册获取。以STM32F411芯片的定时器2为例，其四个通道引脚所对应的GPI0引脚如表所示。

PWM原理

要实现PWM信号的输出，需要用到三个寄存器：自动重载寄存器TIMx_ARR，捕获/ 比较寄存器TIMx_CCRn）以及计数器寄存器TIMx_CNT，并通过通道引脚TIMx_CHn输出PWM信号。

Pulse

用于设置捕获/比较值CCR，即捕获/比较寄存器TIMx_CCRn的内容，该寄存器用于
控制PWM信号的占空比。Pulse的取值范围由TIMxCCRn寄存器的位数决定：如果是 16位，则Pulse的取值范围为0~65535

PWM模式：

PWM1模式

递增计数时，当TIMx_CNT（计数值）<TIMx_CCR（捕获/比较值）时，输出为有效电平，否则为无效电平。递减计数模式则刚好相反。

PWM2模式

递增计数时，当TIMx_CNT（计数值）<TIMx_CCR（捕获/比较值）时，输出为无效电平，否则为有效电平。递减计数模式则刚好相反。
两种PWM模式的区别：假设定时器设置为递增计数模式，输出有
效电平的极性为高电平。
PWM1模式的初始电平为高电平，发生匹配时，翻转为低电平。·PWM2模式的初始电平为低电平，发生匹配时，翻转为高电平。