--- title: Pulse-width modulation(PWM) ... Introduction ============ 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 ============== 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 ----------- .. image:: /down mode.bmp ----------- .. 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_CNTTIMx_CCRx時，輸出為0，否則輸出為1。 - PWM 2 Mode : 在向上計數，TIMx_CNTTIMx_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 1 duty cycle(75%)>PWM 2 duty cycle(25%)，PWM 1 Mode看起來會比PWM 2 Mode亮。 ----------- Code_section ============= //====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); - /* 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); - /* 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 ); //====================================================== //====Interrupt set section============================== - //==清空中斷標誌== - EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2); - EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3); - //==選擇中斷PIN腳 A2 A3====== - SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOA, EXTI_PinSource2); - SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOA, EXTI_PinSource3); - //== - EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line2 ; //選擇中斷線路2 - EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; //設置為中斷請求，非事件請求 - EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling //設置中斷觸發方式為 下降沿觸發 - EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE; //外部中斷enable - EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); - EXTI_GenerateSWInterrupt(EXTI_Line2); - EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line3 ; //選擇中斷線路3 - EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; //设設置為中斷請求，非事件請求 - EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling; //設置中斷觸發方式為 下降沿觸發 - EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE; //外部中斷enable - EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); - EXTI_GenerateSWInterrupt(EXTI_Line3); - //===給予中斷分組與優先權的設定=== - NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); //選擇中斷分組2 - NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI2_IRQn ; //選擇中斷通道2 - NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //搶占式中斷優先級設置為0 - NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //響應式中斷優先級設置為0 - NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //enable中断 - NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //======================================================== //===Timer set section======================================== - PrescalerValue = (uint16_t) ((SystemCoreClock /4) / 100000) - 1; //算脈衝周期的時間 - //==TIMER 4 設定 - TIM_TimeBaseStructInit( &TIM_TimeBaseInitStruct ); - TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; - TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //上數模式 - TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 2000 - 1; // 0..2000 //周期 - TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = PrescalerValue; - TIM_TimeBaseInit( TIM4, &TIM_TimeBaseInitStruct ); - //==TIMER 4 CCRx 暫存器設定 - TIM_OCStructInit( &TIM_OCInitStruct ); - TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; - TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; - // Initial duty cycle equals 0%. Value can range from zero to 1000. - TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 1000-1; // 0 .. 1000 (0=Always Off, 1000=Always On) - //==TIMER channel init - TIM_OC1Init( TIM4, &TIM_OCInitStruct ); // Channel 1 LED - TIM_OC2Init( TIM4, &TIM_OCInitStruct ); // Channel 2 LED - TIM_OC3Init( TIM4, &TIM_OCInitStruct ); // Channel 3 LED - TIM_OC4Init( TIM4, &TIM_OCInitStruct ); // Channel 4 LED - TIM_Cmd( TIM4, ENABLE ); - TIM4->CCR1 = 500-1; - TIM4->CCR2 = 500-1; - TIM4->CCR3 = 500-1; - TIM4->CCR4 = 500-1; //================================================================ //====中斷subroutine=============================================== void EXTI2_IRQHandler(void) //加長脈波頻寬的中斷subroutine { if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line2) != 0) { EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2); if (brightness <= 1999 - 100) brightness +=100; TIM4->CCR1 = brightness; TIM4->CCR2 = brightness; TIM4->CCR3 = brightness; TIM4->CCR4 = brightness; EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2); EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3); } } void EXTI3_IRQHandler(void) //減少脈波頻寬的中斷subroutine { if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line3) != 0) { EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3); if (brightness >= 199) brightness -=100; TIM4->CCR1 = brightness; TIM4->CCR2 = brightness; TIM4->CCR3 = brightness; TIM4->CCR4 = brightness; EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2); EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3); } } //============================================================ Demo ============= http://youtu.be/RHzLguvuOKY http://youtu.be/guG6MdLIwfI http://youtu.be/jJfebbbMDPw 補充 ============= 1. PWM較省電? 因為一般類比電壓要降低電壓輸出需靠增加電阻，源頭輸出電壓"持續"都為同一電壓，不過利用電阻改變最後輸出電壓，而PWM他靠的是一段時間內輸出的頻率來模擬類比電壓，"不需要持續的輸出"，故不會降電浪費在電阻上，即可達到省電效果。 2. overflow 和 UEV UIF的關係 3. 向上計數和向下計數的差別 4. timer 和 RTC的差別 5. TIM_OCMode (timer output compare mode) .. image:: /TIM_OCMode.png 6. PWM1 先高後低 和 PWM2 先低後高 在步進馬達上表現有什麼差別? 7. 改成中央對齊計數方式會怎麼樣? Reference ============= - 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 - 陳志旺（2012），STM32 嵌入式微控制器快速上手，中國：電子工業出版社。