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

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- 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。

Code_section

//====set pin enable========

GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_TIM4); //將GPIO D12腳位與TIM4做連結

• //設定LED(即Pin12 13 14 15) 用來做PWM
• GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_13| GPIO_Pin_14| GPIO_Pin_15;
• GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //設定這些腳位PWM模式 為交流(高-低)
• GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
• GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
• GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;

• 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

Demo_Video

http://youtu.be/RHzLguvuOKY

http://youtu.be/guG6MdLIwfI

http://youtu.be/jJfebbbMDPw

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

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。