ARM32开发--PWM通道输出

  • 开发
  • 22

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前言

  1. 加强掌握PWM开发流程
  2. 理解定时器与通道的关系
  3. 掌握多通道配置策略
  4. 掌握定时器查询方式
  5. 掌握代码抽取优化策略

内容

需求

点亮4个灯，采用pwm的方式。

定时器

通道

引脚

AF

LED序号

T3

CH0

PD12

AF2

LED5

CH1

PD13

AF2

LED6

CH2

PD14

AF2

LED7

CH3

PD15

AF2

LED8

实现LED5, LED6, LED7, LED8呼吸灯效果

通用定时器多通道

点亮T3定时器下的多个通道的灯。

开发流程

  1. 添加Timer依赖
  2. 初始化PWM相关GPIO
  3. 初始化PWM，包含多通道配置
  4. PWM占空比控制

多通道配置

void timer_channel_config(uint32_t timer_periph, uint16_t channel) {
  /* TIMER 通道输出配置 */
  timer_oc_parameter_struct ocpara;
  /* initialize TIMER channel output parameter struct */
  timer_channel_output_struct_para_init(&ocpara);
  /* 启用P极输出 */
  ocpara.outputstate  = (uint16_t)TIMER_CCX_ENABLE;
  /* 配置输出参数 configure TIMER channel output function */
  timer_channel_output_config(timer_periph, channel, &ocpara);
  /* 配置通道输出输出比较模式 configure TIMER channel output compare mode */
  timer_channel_output_mode_config(timer_periph, channel, TIMER_OC_MODE_PWM0);
}

输出比较模式

  • TIMER_OC_MODE_PWM0： 高电平有效
  • TIMER_OC_MODE_PWM1：低电平有效

占空比更新

/**********************************************************
 * @brief 更新pwm占空比
 * @param timer_periph 定时器
 * @param channel 通道
 * @param duty  占空比[0, 100]
 * @return 
 **********************************************************/
void PWM_update(uint32_t timer_periph, uint16_t channel, float duty) { // 0-100

  if(duty > 100) duty = 100;
  else if(duty < 0) duty = 0;

//	pulse / PERIOD == duty / 100
  uint32_t pulse = PERIOD * duty / 100.0f - 1;

  // 计数值 65535
  timer_channel_output_pulse_value_config(timer_periph, channel, pulse);
}

完整代码

#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include <stdio.h>
#include "main.h"
#include "USART0.h"

void USART0_on_recv(uint8_t* data, uint32_t len) {
  printf("g_rx_buffer: %s g_rx_cnt:%d \n", data, len);
}

static void GPIO_config() {
  rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOC);
  gpio_mode_set(GPIOC, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_6);
  gpio_output_options_set(GPIOC, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6);

  gpio_bit_reset(GPIOC, GPIO_PIN_6);
}

void timer_gpio_config(uint32_t gpio_rcu, uint32_t gpio_port, uint32_t gpio_pin, uint32_t gpio_af) {
  rcu_periph_clock_enable(gpio_rcu);
  /* 设置gpio模式 */
  gpio_mode_set(gpio_port, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, gpio_pin);
  gpio_output_options_set(gpio_port, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, gpio_pin);
  gpio_af_set(gpio_port, gpio_af, gpio_pin);
}

void timer_init_config(rcu_periph_enum rcu_periph, uint32_t timer_periph,
                       uint16_t t_prescaler, uint32_t t_period) {

  rcu_periph_clock_enable(rcu_periph);
  timer_deinit(timer_periph);
  /*初始化参数 */
  timer_parameter_struct initpara;
  /* initialize TIMER init parameter struct */
  timer_struct_para_init(&initpara);
  /* 根据需要配置值 分频系数 （可以实现更低的timer频率） */
  initpara.prescaler 	= t_prescaler - 1;
  /* 1个周期的计数(period Max: 65535) Freq > 3662  */
  initpara.period		= t_period - 1;
  /* initialize TIMER counter */
  timer_init(timer_periph, &initpara);
  /* enable a TIMER */
  timer_enable(timer_periph);

}

void timer_channel_config(uint32_t timer_periph, uint16_t channel) {
  /* TIMER 通道输出配置 */
  timer_oc_parameter_struct ocpara;
  /* initialize TIMER channel output parameter struct */
  timer_channel_output_struct_para_init(&ocpara);
  ocpara.outputstate  = (uint16_t)TIMER_CCX_ENABLE;
  /* 配置输出参数 configure TIMER channel output function */
  timer_channel_output_config(timer_periph, channel, &ocpara);
  /* 配置通道输出输出比较模式 configure TIMER channel output compare mode */
  timer_channel_output_mode_config(timer_periph, channel, TIMER_OC_MODE_PWM0);
}


// TIMER CH
#define LED5 TIMER3, TIMER_CH_0
#define LED6 TIMER3, TIMER_CH_1
#define LED7 TIMER3, TIMER_CH_2
#define LED8 TIMER3, TIMER_CH_3

// PWM
#define	PRESCALER		1
#define	FREQ			  10000
#define PERIOD			(SystemCoreClock / FREQ)

// LED5 TM3CH0 PD12
// LED6 TM3CH1 PD13
// LED7 TM3CH2 PD14
// LED8 TM3CH3 PD15
static void Timer_config() {
  // 定时器

  // GPIO ----------------------------------------
  timer_gpio_config(RCU_GPIOD, GPIOD, GPIO_PIN_12, GPIO_AF_2);
  timer_gpio_config(RCU_GPIOD, GPIOD, GPIO_PIN_13, GPIO_AF_2);
  timer_gpio_config(RCU_GPIOD, GPIOD, GPIO_PIN_14, GPIO_AF_2);
  timer_gpio_config(RCU_GPIOD, GPIOD, GPIO_PIN_15, GPIO_AF_2);

  // TIMER----------------------------------------
  /* 升级频率*/
  rcu_timer_clock_prescaler_config(RCU_TIMER_PSC_MUL4);
  timer_init_config(RCU_TIMER3, TIMER3, PRESCALER, PERIOD); // 与通道无关

  // TIMER channel-------------------------------
  timer_channel_config(LED5);
  timer_channel_config(LED6);
  timer_channel_config(LED7);
  timer_channel_config(LED8);

}

/**********************************************************
 * @brief 更新pwm占空比
 * @param timer_periph 定时器
 * @param channel 通道
 * @param duty  占空比[0, 100]
 * @return 
 **********************************************************/
void PWM_update(uint32_t timer_periph, uint16_t channel, float duty) { // 0-100

  if(duty > 100) duty = 100;
  else if(duty < 0) duty = 0;

//	pulse / PERIOD == duty / 100
  uint32_t pulse = PERIOD * duty / 100.0f - 1;

  // 计数值 65535
  timer_channel_output_pulse_value_config(timer_periph, channel, pulse);
}

int main(void)
{
  systick_config();
  USART0_init();

  // 拉低总开关
//  GPIO_config();

  Timer_config();
  printf("Init Complete!\n");

  float duty = 0;
  int8_t dir = 1;
  while(1) {
    PWM_update(LED5, duty);
    PWM_update(LED6, duty);
    PWM_update(LED7, duty);
    PWM_update(LED8, duty);

    if (duty >= 100) {
      dir = -1;
    } else if (duty <= 0) {
      dir = 1;
    }
    duty += dir;

    printf("duty: %.2f \n", duty);

    delay_1ms(10);
  }
}

高级定时器通道输出

高级定时器只有TIMER0和TIMER7支持。由于扩展板上的高级定时器没有对应的LED，我们可以使用跳线的方式，将TIMER0CH0对应的PE8引脚，短接到PD8（LED1）上，通过观察LED1的亮灭，了解是否正确输出。

开发流程

  1. 添加Timer依赖
  2. 初始化PWM，包含多通道配置
  3. Break配置
  4. PWM占空比控制

通道配置

void timer0_channel_config(uint32_t timer_periph, uint16_t channel) {
  /* TIMER 通道输出配置 */
  timer_oc_parameter_struct ocpara;
  /* initialize TIMER channel output parameter struct */
  timer_channel_output_struct_para_init(&ocpara);
  // 禁用 OP极
//  ocpara.outputstate  = TIMER_CCX_ENABLE;
  // 启用 ON极
  ocpara.outputnstate = TIMER_CCXN_ENABLE;
  /* 配置输出参数 configure TIMER channel output function */
  timer_channel_output_config(timer_periph, channel, &ocpara);
  /* 配置通道输出输出比较模式 configure TIMER channel output compare mode */
  timer_channel_output_mode_config(timer_periph, channel, TIMER_OC_MODE_PWM0);
}

#define LED1 TIMER0, TIMER_CH_0

timer0_channel_config(LED1);
  • 特别强调，这里的引脚分为P和N类型，不同引脚要配置不同的输出状态

Break配置

// break 只针对高级定时器TIMER0 & TIMER7，需要打开互补保护电路

/* TIMER通道互补保护电路 */
timer_break_parameter_struct breakpara;
/* 初始化TIMER break参数结构体 */
timer_break_struct_para_init(&breakpara);
/* break输入的极性 HIGH */
breakpara.breakpolarity   = TIMER_BREAK_POLARITY_HIGH;
/* 输出自动的启用 */
breakpara.outputautostate = TIMER_OUTAUTO_ENABLE;
/* bread输入的启用*/
breakpara.breakstate     = TIMER_BREAK_ENABLE;
/* 配置TIMER7 break */
timer_break_config(TIMER0, &breakpara);
/* 启用TIMER7 break */
timer_break_enable(TIMER0);
  • breakstate：break状态开启
  • ouputostate：输出状态，自动开启
  • breakpolarity：输出极性，高电平

完整代码

#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include <stdio.h>
#include "main.h"
#include "USART0.h"

void USART0_on_recv(uint8_t* data, uint32_t len) {
  printf("g_rx_buffer: %s g_rx_cnt:%d \n", data, len);
}

static void GPIO_config() {
  rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOC);
  gpio_mode_set(GPIOC, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_6);
  gpio_output_options_set(GPIOC, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6);

  gpio_bit_reset(GPIOC, GPIO_PIN_6);
}

void timer_gpio_config(uint32_t gpio_rcu, uint32_t gpio_port, uint32_t gpio_pin, uint32_t gpio_af) {
  rcu_periph_clock_enable(gpio_rcu);
  /* 设置gpio模式 */
  gpio_mode_set(gpio_port, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, gpio_pin);
  gpio_output_options_set(gpio_port, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, gpio_pin);
  gpio_af_set(gpio_port, gpio_af, gpio_pin);
}

void timer_init_config(rcu_periph_enum rcu_periph, uint32_t timer_periph,
                       uint16_t t_prescaler, uint32_t t_period) {

  rcu_periph_clock_enable(rcu_periph);
  timer_deinit(timer_periph);
  /*初始化参数 */
  timer_parameter_struct initpara;
  /* initialize TIMER init parameter struct */
  timer_struct_para_init(&initpara);
  /* 根据需要配置值 分频系数 （可以实现更低的timer频率） */
  initpara.prescaler 	= t_prescaler - 1;
  /* 1个周期的计数(period Max: 65535) Freq > 3662  */
  initpara.period		= t_period - 1;
  /* initialize TIMER counter */
  timer_init(timer_periph, &initpara);
  /* enable a TIMER */
  timer_enable(timer_periph);

}

void timer0_channel_config(uint32_t timer_periph, uint16_t channel) {
  /* TIMER 通道输出配置 */
  timer_oc_parameter_struct ocpara;
  /* initialize TIMER channel output parameter struct */
  timer_channel_output_struct_para_init(&ocpara);
  // 禁用 OP极
//  ocpara.outputstate  = TIMER_CCX_ENABLE;
  // 启用用 OP极
  ocpara.outputnstate = TIMER_CCXN_ENABLE;
  /* 配置输出参数 configure TIMER channel output function */
  timer_channel_output_config(timer_periph, channel, &ocpara);
  /* 配置通道输出输出比较模式 configure TIMER channel output compare mode */
  timer_channel_output_mode_config(timer_periph, channel, TIMER_OC_MODE_PWM0);
}

// TIMER CH
#define LED1 TIMER0, TIMER_CH_0

// PWM
#define	PRESCALER		1
#define	FREQ			  10000
#define PERIOD			(SystemCoreClock / FREQ)

// LED1 TM0CH0_ON PE8
static void Timer_config() {
  // 定时器

  // GPIO ----------------------------------------
  timer_gpio_config(RCU_GPIOE, GPIOE, GPIO_PIN_8,  GPIO_AF_1);

  // TIMER----------------------------------------
  /* 升级频率*/
  rcu_timer_clock_prescaler_config(RCU_TIMER_PSC_MUL4);
  timer_init_config(RCU_TIMER0, TIMER0, PRESCALER, PERIOD); // 与通道无关

  // TIMER channel-------------------------------
  timer0_channel_config(LED1);

  // Break --------------------------------------------------
  // break 只针对高级定时器TIMER0 & TIMER7，打开互补保护电路
  /* TIMER通道互补保护电路 */
  timer_break_parameter_struct breakpara;
  /* 初始化TIMER break参数结构体 */
  timer_break_struct_para_init(&breakpara);
  /* break输入的极性 HIGH */
  breakpara.breakpolarity   = TIMER_BREAK_POLARITY_HIGH;
  /* 输出自动的启用 */
  breakpara.outputautostate = TIMER_OUTAUTO_ENABLE;
  /* bread输入的启用*/
  breakpara.breakstate     = TIMER_BREAK_ENABLE;
  /* 配置TIMER7 break */
  timer_break_config(TIMER0, &breakpara);
  /* 启用TIMER7 break */
  timer_break_enable(TIMER0);
}

/**********************************************************
 * @brief 更新pwm占空比
 * @param timer_periph 定时器
 * @param channel 通道
 * @param duty  占空比[0, 100]
 * @return
 **********************************************************/
void PWM_update(uint32_t timer_periph, uint16_t channel, float duty) { // 0-100

  if(duty > 100) duty = 100;
  else if(duty < 0) duty = 0;

//	pulse / PERIOD == duty / 100
  uint32_t pulse = PERIOD * duty / 100.0f - 1;

  // 计数值 65535
  timer_channel_output_pulse_value_config(timer_periph, channel, pulse);
}

int main(void)
{
  systick_config();
  USART0_init();

  // 拉低总开关
  GPIO_config();

  Timer_config();
  printf("Init Complete!\n");

  float duty = 0;
  int8_t dir = 1;
  while(1) {
    PWM_update(LED1, duty);
    if (duty >= 100) {
      dir = -1;
    } else if (duty <= 0) {
      dir = 1;
    }
    duty += dir;

    printf("duty: %.2f \n", duty);

    delay_1ms(10);
  }
}

总结

高级定时器只有TIMER0和TIMER7支持。由于扩展板上的高级定时器没有对应的LED，我们可以使用跳线的方式，将TIMER0CH0对应的PE8引脚，短接到PD8（LED1）上，通过观察LED1的亮灭，了解是否正确输出。

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