淮南師范學院畢業設計（論文）第頁成績電子課程設計報告題目：STM32定時器產生PWM的研究課程：原子教你玩STM32（庫函數版）學生姓名：汪強學生學號：1214020132年級：大學三年級專業：電子信息工程班級：電子信息工程（1）班指導教師：陳帥電子工程學院制

目錄第1章前言 51.1ARM應用背景 51.2研究內容 61.3研究成果 7第2章STM32處理器概述 82.1STM32簡介 82.2內部資源 102.3Cortex-M3內核簡介 102.4STM32定時器簡介 122.4.1通用定時器 122.4.2高級控制定時器 122.4.3小結 15第3章PWM概述 163.1原理 163.1.1PWM模式 163.1.2互補輸出與死區插入 193.2PWM輸出的實現 21第4章軟件設計 224.1開發環境 224.1.1STM32的開發軟件 224.1.2MDK370 224.2軟件實現 234.2.1設計標準 234.2.2程序流程圖 25第五章測試及結果 265.1JTAG仿真器介紹 265.2測試 275.3現象及結果 28結論 31致謝 32參考文獻 33

第1章前言1.1ARM應用背景ARM處理器ADCI/O接口鍵盤ARM處理器ADCI/O接口鍵盤RAMLED傳感器轉換器LCDDACEPROM主機 輸入 輸出圖1-1ARM嵌入式工業控制系統的功能模塊目前已有超過85％的無線通信設備采用了ARM技術，ARM以其高性能和低成本，在該領域的地位日益鞏固。ARM在此方面的應用如：手提式計算機、移動電話、PDA等。隨著寬帶技術的推廣，采用ARM技術的ADSL芯片正逐步獲得競爭優勢。此外，ARM在語音及視頻處理上進行了優化，并獲得廣泛支持。ARM技術在目前流行的數字音頻播放器、數字機頂盒、游戲機、數碼相機、數字式電視機、GPS、機頂盒中得到廣泛采用。現在流行的數碼相機和打印機中絕大部分采用ARM技術，手機中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術。如圖1-2所示是基于ARM技術的數碼相機的功能模塊[9]。ARMARM處理器LCD控制器主機接口CCDADC控制電路和編碼電路存儲器圖1-2基于ARM技術的數碼相機的功能模塊1.2研究內容本設計旨在加深對ARM的學習，鞏固大學四年所學專業知識，提升動手能力和思考問題解決問題的能力。本設計選擇意法半導體的STM32F開發板，通過對該開發板的研究學習，和對STM32F103C8T6芯片的學習，掌握其各種外設功能。通過對TIM1定時器進行控制，使之各通道輸出插入死區的互補PWM輸出，各通道輸出頻率均為17.57KHz。其中，通道1輸出的占空比為50%，通道2輸出的占空比為25%，通道3輸出的占空比為12.5%。各通道互補輸出為反相輸出。 TIM1定時器的通道1到4的輸出分別對應PA.08、PA.09、PA.10和PA.11引腳，而通道1到3的互補輸出分別對應PB.13、PB.14和PB.15引腳，中止輸入引腳為PB.12。將這些引腳分別接入示波器，在示波器上觀查相應通道占空比的方波[12]。第2章STM32處理器概述2.1STM32簡介[24]STM32F103xx增強型系列使用高性能的ARM/Cortex-M3/32位的RISC內核，工作頻率為72MHz，內置高速存儲器(高達128K字節的閃存和20K字節的SRAM)，豐富的增強I/O端口和聯接到兩條APB總線的外設。所有型號的器件都包含2個12位的ADC、3個通用16位定時器和一個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：多達2個I2C和SPI、3個USART、一個USB和一個CAN。STM32F103xx增強型系列工作于-40℃至+105℃的溫度范圍，供電電壓2.0V至3.6V，一系列的省電模式保證低功耗應用的要求。完整的STM32F103xx增強型系列產品包括從36腳至100腳的五種不同封裝形式；根據不同的封裝形式，器件中的外設配置不盡相同。下面給出了該系列產品中所有外設的基本介紹。這些豐富的外設配置，使得STM32F103xx增強型微控制器適合于多種應用場合：·電機驅動和應用控制；·醫療和手持設備；·PC外設和GPS平臺；·工業應用：可編程控制器、變頻器、打印機和掃描儀；·警報系統，視頻對講，和暖氣通風空調系統；2.1.1STM32F103C8的參數STM32開發板核心芯片的參數如表2-1表2-1器件功能和配置(STM32F103xx增芯片引腳圖如圖2-2：2.4.1通用定時器[22]STM32F103xx增強型系列產品中內置了多達3個同步的標準定時器。每個定時器都有一個16位的自動加載遞加/遞減計數器、一個16位的預分頻器和4個獨立的通道，每個通道都可用于輸入捕獲、輸出比較、PWM和單脈沖模式輸出，在最大的封裝配置中可提供最多12個輸入捕獲、輸出比較或PWM通道。它們還能通過定時器鏈接功能與高級控制定時器共同工作，提供同步或事件鏈接功能。在調試模式下，計數器可以被凍結。任一個標準定時器都能用于產生PWM輸出。每個定時器都有獨立的DMA請求機制。2.4.2高級控制定時器[22]高級控制定時器(TIM1)由一個16位的自動裝載計數器組成，它由一個可編程預分頻器驅動。它適合多種用途，包含測量輸入信號的脈沖寬度(輸入捕獲)，或者產生輸出波形(輸出比較，PWM，嵌入死區時間的互補PWM等)。使用定時器預分頻器和RCC時鐘控制預分頻器，可以實現脈沖寬度和波形周期從幾個微秒至幾個毫秒的調節。高級控制(TIM1)和通用(TIMx)定時器是完全獨立的，它們不共享任何資源，它們可以同步操作。高級控制定時器(TIM1)可以被看成是一個分配到6個通道的三相PWM發生器，它還可以被當成一個完整的通用定時器。四個獨立的通道可以用于：·輸入捕獲；·輸出比較；·產生PWM(邊緣或中心對齊模式)；·單脈沖輸出；·反相PWM輸出，具有程序可控的死區插入功能；配置為16位標準定時器時，它與TIMx定時器具有相同的功能。配置為16位PWM發生器時，它具有全調制能力(0~100%)。在調試模式下，計數器可以被凍結。很多功能都與標準的TIM定時器相同，內部結構也相同，因此高級控制定時器可以通過定時器鏈接功能與TIM定時器協同操作，提供同步或事件鏈接功能。TIM1定時器的功能包括：·16位上，下，上/下自動裝載計數器；·16位可編程預分頻器，計數器時鐘頻率的分頻系數為1～65535之間的任意數值；·4個獨立通道：?輸入捕獲；?輸出比較；?PWM生成(邊緣或中間對齊模式)；?單脈沖模式輸出；?死區時間可編程的互補輸出。·使用外部信號控制定時器和定時器互連的同步電路；·在指定數目的計數器周期之后更新定時器寄存器；·剎車輸入信號可以將定時器輸出信號置于復位狀態或者一個已知狀態；·如下事件發生時產生中斷/DMA：?更新：計數器向上溢出/向下溢出，計數器初始化(通過軟件或者內部/外部觸發)；?觸發事件(計數器啟動，停止，初始化或者由內部/外部觸發計數)；?輸入捕獲；?輸出比較；?剎車信號輸入。時基單元可編程高級控制定時器的主要部分是一個16位計數器和與其相關的自動裝載寄存器。這個計數器可以向上計數、向下計數或者向上向下雙向計數。此計數器時鐘由預分頻器分頻得到。計數器、自動裝載寄存器和預分頻器寄存器可以由軟件讀寫，即使計數器還在運行讀寫仍然有效。時基單元包含：·計數器寄存器(TIM1_CNT)；·預分頻器寄存器(TIM1_PSC)；·自動裝載寄存器(TIM1_ARR)；·周期計數寄存器(TIM1_RCR)；自動裝載寄存器是預先裝載的。寫或讀自動重裝載寄存器將訪問預裝載寄存器。根據在TIM1_CR1寄存器中的自動裝載預裝載使能位(ARPE)的設置，預裝載寄存器的內容被永久地或在每次的更新事件UEV時傳送到影子寄存器。當計數器達到溢出條件(向下計數時的下溢條件)并當TIM1_CR1寄存器中的UDIS位等于0時，產生更新事件。更新事件也可以由軟件產生。隨后會詳細描述每一種配置下更新事件的產生。計數器由預分頻器的時鐘輸出CK_CNT驅動，僅當設置了計數器TIM1_CR1寄存器中的計數器使能位(CEN)時，CK_CNT才有效。(有關更多的計數器使能的細節，請參見控制器的從模式描述)。注：真正的計數器使能信號CNT_EN是在CEN后的一個時鐘周期后被設置。預分頻器描述。預分頻器可以將計數器的時鐘頻率按1到65536之間的任意值分頻。它是基于一個(在TIM1_PSC寄存器中的)16位寄存器控制的16位計數器。因為這個控制寄存器帶有緩沖器，它能夠在工作時被改變。新的預分頻器的參數在下一次更新事件到來時被采用。圖2-4和圖2-5給出了一些在預分頻器工作時，更改其參數的情況下計數器操作的例子。圖2-4當預分頻器的參數從1變到2時，計數器的時序圖圖2-5當預分頻器的參數從1變到4時，計數器的時序圖第3章PWM概述3.1原理PWM是PulseWidthModulation的縮寫，中文意思就是脈沖寬度調制，簡稱脈寬調制。它是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，其控制簡單、靈活和動態響應好等優點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式，其應用領域包括測量，通信，功率控制與變換，電動機控制、伺服控制、調光、開關電源，甚至某些音頻放大器，因此研究基于PWM技術的正負脈寬數控調制信號發生器具有十分重要的現實意義。PWM是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法。通過高分辨率計數器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。多數負載(無論是電感性負載還是電容性負載)需要的調制頻率高10Hz，通常調制頻率為1kHz到200kHz之間。占空比是接通時間與周期之比；調制頻率為周期的倒數。目前,運動控制系統或電動機控制系統中實現PWM的方法主要有傳統的數字電路方式、專用的PWM集成電路、單片機實現方式和可編程邏輯器件實現方式。用傳統的數字電路實現PWM，電路設計較復雜，體積大，抗干擾能力差，系統的控制周期較長。專用的PWM集成電路或帶有PWM的單片機價格較高。對于單片機中無PWM輸出功能的情況，實現PWM將消耗大量的時間，大大降低了CPU的效率，而且得到的PWM信號精度不太高[15]。3.1.1PWM模式圖3-1邊沿對齊的PWM波形(ARR=8)·向下計數的配置當TIM1_CR1寄存器的DIR位為高時執行向下計數。在PWM模式1，當TIM1_CNT>TIM1_CCRx時參考信號OCxREF為低，否則為高。如果TIM1_CCRx中的比較值大于TIM1_ARR中的自動重裝載值，則OCxREF保持為“1＂。該模式下不能產生0％的PWM波形。PWM中央對齊模式當TIM1_CR1寄存器中的CMS位不為00時為中央對齊模式(所有其他的配置對OCxREF/OCx信號都有相同的作用)。根據不同的CMS位的設置，比較標志可能在計數器向上計數時被置1、在計數器向下計數時被置1、或在計數器向上和向下計數時被置1。TIM1_CR1寄存器中的計數方向位(DIR)由硬件更新，不要用軟件修改它。圖3-2給出了一些中央對齊的PWM波形的例子·TIM1_ARR=8；·PWM模式1；·TIM1_CR1寄存器中的CMS=01，在中央對齊模式1時，當計數器向下計數時標志被設置。[21]圖3-2中央對齊的PWM波形(APR=8)3.1.2互補輸出與死區插入圖3-3帶死區插入的互補輸出圖3-4死區波形延遲大于負脈沖3.2PWM輸出的實現[12]STM32的高級定時器時鐘TIM1CLK為固定72MHz,TIM1預分頻為0x0（系統高速時鐘不分頻）,所以TIM1計數器時鐘頻率為72MHz。I/O口時鐘為固定值50MHz，PA8、PA9、PA10、PA11設為推拉模式。TIM1在下面定義的頻率下工作:TIM1頻率=TIM1CLK/(TIM1_Period+1)=17.57KHz。TIM1CC1寄存器的值為0x7FFF,所以TIM1_CH1和TIM1_CH1N產生一個頻率為17.57KHz的信號，這個信號的占空比為：TIM1_CH1占空比=TIM1_CCR1/(TIM1_Period+1)=50%。TIM1CC2寄存器的值為0x3FFF,所以TIM1_CH2和TIM1_CH2N產生一個17.57KHz的信號，它的占空比為:TIM1_CH2占空比=TIM1_CCR2/(TIM1_Period+1)=25%。TIM1CC3寄存器的值為0x1FFF,所以TIM1_CH3和TIM1_CH3N產生一個17.57KHz的信號，它的占空比為:TIM1_CH3占空比=TIM1_CCR3/(TIM1_Period+1)=12.5%。TIM1波形可以在示波器上顯示出來。輸出信號觀察下列引腳分別依次接到示波器上（兩個一組），示波器接線正接觸線下列引腳，負接觸線接地（GND）。·TIM1_CH1pin(PA8)；·TIM1_CH1Npin(PB13)；·TIM1_CH2pin(PA9)；·TIM1_CH2Npin(PB14)；·TIM1_CH3pin(PA10)；·TIM1_CH3Npin(PB15)；·TIM1_CH4pin(PA11)。第4章軟件設計4.1.2MDK370[11]RealViewMDK（MiertocontrollerDevelopmentKit）是ARM公司最先推出的基于ARM微控制器的專業嵌入式開發工具。它采用了ARM的最新技術編工具RVCT，集成了享譽全球的μVisionIDE，因此特別易于使用，同時具備非常高的性能。它適合不同層次的開發者使用，包括專業的應用程序開發工程師和嵌入式軟件開發的入門者。MDK包括符合工業標準的RealView編譯工具、測試器以及實時內核等組件，支持所有基于ARM的設備，能幫助工程師按照計劃完成項目。·MDK提供啟動代碼生成向導——提高開發效率；·MDK提供強大的設備模擬器——縮短開發周期：目標設備的所有組件都可仿真，代碼可在整個設備上運行。完全的目標硬件仿真，完整的目標，高效指令集仿真，中斷仿真，片內外圍設備有ADC,DAC,EBI,Timers，UART,CAN，I2C,包含外部信號和I/O。充足的仿真信息，包含在設備數據庫里。·MDK提供高效的性能開發工具；·MDK支持最新的Cortex-M3處理器：Cortex-M3處理器是ARM公司推出的最新的針對微控制應用的內核，提供業界領先的高性能和低成本解決方案，將成為MCU應用的熱點和主流。但是目前能支持Cortex-M3構架的開發工具很少，包括SDT，ADS1.2等多數開發工具都不支持。MDK是目前性價比最高的支持Cortex-M3處理器的開發工具。·MDK集成了Flash編程模塊；·MDK提供業界最好的μVisionIDE—易學易懂5.1JTAG仿真器介紹[11]J-Link是支持仿真ARM內核芯片的JTAG仿真器。配合IAREWARM，ADS，KEIL，WINARM，RealView等集成開發環境支持所有ARM7/ARM9內核芯片的仿真，通過RDI接口和各集成開發環境無縫連接，操作方便、連接方便、簡單易學，是學習開發ARM最好最實用的開發工具。DQ電子推出的J-LinkV7仿真器采用原版固件，參照原版原理圖，經過DQ團隊的長時間精工制作，板型合理，元件布局美觀大方，走線嚴謹精致，并且每一個產品都經過功能和老化測試，功能完全與原版一致，支持在線升級。J-LinkARM主要特點：·IAREWARM集成開發環境無縫連接的JTAG仿真器。·支持所有ARM7/ARM9內核的芯片，以及cortexM3，包括Thumb模式。·支持ADS,IAR,KEIL,WINARM,REALVIEW等幾乎所有的開發環境。·下載速度高達ARM7:600kB/s，ARM9:550kB/s，通過DCC最高可達800kB/s*最高JTAG速度12MHz。·目標板電壓范圍1.2V－3.3V。·自動速度識別功能。·監測所有JTAG信號和目標板電壓。·完全即插即用。·使用USB電源（可接通J12跳線給目標板供電，出廠時未接通）。·帶USB連接線和20芯JTAG連接排線。·支持多JTAG器件串行連接。·標準20芯JTAG仿真插頭。·帶J-LinkTCP/IPserver，允許通過TCP/IP網絡使用J-Link支持的內核：·ARM7TDMI（Rev1）；·ARM7TDMI（Rev3）；·ARM7TDMI-S（Rev4）；·ARM720T；·CORTEXM3。5.3現象及結果通道1和其互補通道，頻率為17.57kHz，占空比為50%，PWM輸出顯示如圖5-1：圖5-1通道1與其互補通道的PWM輸出圖通道2頻率17.57kHz，占空比為25%，其互補通道頻率17.57kHz，占空比為75%，PWM輸出顯示如圖5-2。圖5-2通道2與其互補通道的PWM輸出圖通道3頻率17.57kHz，占空比為12.5%，其互補通道頻率17.57kHz，占空比為87.5%，PWM輸出顯示如圖5-3。圖5-3通道3與其互補通道的PWM輸出圖[1]康華光.電子技術基礎模擬部分第四版[M].北京：高等教育出版社，1999.6.[2]閻石.數字電子技術基礎第四版[M].北京：高等教育出版社，1999.6.[3]王福瑞等．單片微機測控系統設計大全［M］．北京航空航天大學出版社,1998(331－337)．

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