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title: Pulse-width modulation(PWM)
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Introduction
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又稱pulse-duration modulation(PDM),是將類比信號轉為脈波的一種技術。
為何需要PWM?雖然類比電壓可直接用來控制,但類比電路控制信號容易隨時間漂移,功耗大。
.. image:: /pwm.png
如圖所示,PWM 電路主要功能是將輸入電壓的振幅轉換成脈衝寬度。一般轉換後脈波的週期固定,脈波的占空比(duty cycle)會依類比信號的大小而改變,可用來控制燈泡亮度、馬達轉速等等,脈波寬度越大燈泡亮度越亮、馬達轉速越快。
Implementation
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PWM需要透過Timer來實現,STM32的Timer可分為以下幾種
- 基本定時器(TIM6 和 TIM7)
- 高級控制定時器(TIM1 和 TIM8)
- 通用定時器(TIMx):具有測量輸入信號的脈衝長度、產生輸出波形和PWM的功能。
- clock來源 : 內部clock(CK_INT)、外部clock模式1(TIx)、外部clock模式2(ETR)、內部觸發輸入(ITRx)。
- CK_INT -> AHB Prescaler(/1、2、...、512) -> APB1 Prescaler(/1、2、4、8、16) or APB2 Prescaler(/1、2、4、8、16)。
- Time Base Configuration :
.. image:: /up mode.bmp
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.. image:: /down mode.bmp
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.. image:: /center aligned.jpg
- TIM_ClockDivision - 採樣頻率基準,當連續採樣到N個有效電平時,才當作一次有效電平。
- TIM_Prescaler - 將TIMxCLK除以(TIM_Prescaler+1)
- TIM_CounterMode - 選擇計數模式
- TIM_Period - TIMx_ARR,counter 週期
- 輸出脈波週期 = (TIM_Period+1) * (TIM_Prescaler+1) * (TIM_ClockDivision+1) / TIMxCLK
- PWM configuration
- TIM_OCMode - PWM模式
- PWM 1 Mode : 在向上計數,TIMx_CNT<TIMx_CCRx時,輸出為1,否則輸出為0;在向下計數,TIMx_CNT>TIMx_CCRx時,輸出為0,否則輸出為1。
- PWM 2 Mode : 在向上計數,TIMx_CNT<TIMx_CCRx時,輸出為0,否則輸出為1;在向下計數,TIMx_CNT>TIMx_CCRx時,輸出為1,否則輸出為0。
- TIM_Pulse - TIMx_CCRx,脈衝寬度
- TIM_OCPolarity - 設置輸出極性,例如:TIM_OCPolarity_High PWM輸出關閉時默認為低電位。
以LED為例:
.. image:: /timer.png
TIM_Prescaler = 499,TIM_ClockDivision=0,TIMxCLK=84MHz
輸出脈波週期 = (TIM_Period+1) * (TIM_Prescaler+1) * (TIM_ClockDivision+1) / TIMxCLK
= (1999+1) * (499+1) * (0+1)/84000000 ≒ 0.012 s
0.012 s 遠小於人眼視覺暫留的時間(0.1~0.4s),因此上圖的PWM 2 duty cycle(75%)>PWM 1 duty cycle(25%),PWM 2 Mode看起來會比PWM 1 Mode亮。
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Code_section
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//====set pin enable========
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD | RCC_AHB1Periph_GPIOB | RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE ); //開啟Pin腳 D B E提供使用
RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_TIM4 | RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE ); //開啟Timer
- GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_TIM4);
- GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource13, GPIO_AF_TIM4);
- GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource14, GPIO_AF_TIM4);
- GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource15, GPIO_AF_TIM4);
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- TIM_ClockDivision //變數設定將clock做除頻
- TIM_Period //設定週期數
- TIM_Prescaler //
- TIM_OutputState //設定Pin腳可以Output
- TIM_Pulse //設定多少個脈衝以後做反應事件
- TIM_OC1Init( TIM4, &TIM_OCInitStruct ); //設定Timer4的CH1初使化
- TIM4->CCR1 //設定Timer幾個tik後發出脈衝
- CCR與Period關係示意圖在不同模式下
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Demo_Video
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http://youtu.be/RHzLguvuOKY
http://youtu.be/guG6MdLIwfI
http://youtu.be/jJfebbbMDPw
Reference
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http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E8%84%88%E8%A1%9D%E5%AF%AC%E5%BA%A6%E8%AA%BF%E8%AE%8A
http://ppt.cc/nIAF
http://www.google.com.tw/url?sa=t&rct=j&q=pwm&source=web&cd=10&cad=rja&ved=0CFMQFjAJ&url=http%3A%2F%2Fwww.vr.ncue.edu.tw%2Fesa%2Fa1001%2FPWM.pdf&ei=S3OoUO6pOafcmAWWiIGQDw&usg=AFQjCNE_7pw6paGQzH7kSwkwD2witqcC-A
http://hi.baidu.com/snic_k/item/0f045e3288e6683d2e20c42b
- /* GPIOA Configuration: CH1 (PB4) and CH2 (PB5) */ //設定PB4 5為輸出模式 提供模擬中斷來源
- GPIO_InitStructure2.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 ;
- GPIO_InitStructure2.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; //輸出信號模式
- GPIO_InitStructure2.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
- GPIO_InitStructure2.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
- GPIO_InitStructure2.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
- GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure2);
陈志旺(2012)。STM32 嵌入式微控制器快速上手。中國:电子工业出版社。
- /* GPIOA Configuration: (PA2) and (PA3) */ //設定PA2 3為輸入模式 提供接收中斷來源
- GPIO_InitStructure2.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 ;
- GPIO_InitStructure2.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
- GPIO_InitStructure2.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
- GPIO_InitStructure2.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
- GPIO_InitStructure2.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN ;
- GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure2);
- // Setup Blue & Green LED on STM32-Discovery Board to use PWM. / //PD與LED3456相連實作PWM
- GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_13| GPIO_Pin_14| GPIO_Pin_15;
- GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; // Alt Function - Push Pull
- GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
- GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
- GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
- GPIO_Init( GPIOD, &GPIO_InitStructure );