什么是脉冲宽度调制？STM32PWM控制详解

一、PWM简介

1.定义

脉冲宽度调制(PWM) 是一种数字信号，最常用于控制电路。该信号在预定义的时间和速度中设置为高(5v或3.3v)和低(0v)。通常，我们将PWM的高电平称为1，低电平为0。

2.主要参数

(1)PWM占空比

PWM信号保持高电平的时间百分比称为占空比。如果信号始终为高电平，则它处于100%占空比，如果它始终处于低电平，则占空比为0%。如图1所示，T1为占空比，T为一个PWM周期。

2)PWM的频率

PWM信号的频率决定PWM完成一个周期的速度。STM32的MDK编译器可以选择5MHZ,10MHZ,20MHZ和50MHZ。

二、PWM产生方式

通过STM32控制板，有两种方式能产生PWM，第一是利用普通IO口输出PWM，第二种是利用定时器的PWM的IO口或复用IO口。

1.普通IO口与PWM口

(1)PWM端口

STM32 的定时器除了 TIM6 和 7。其他的定时器都可以用来产生 PWM 输出。其中高级定时器 TIM1 和 TIM8 可以同时产生多达 7 路的 PWM 输出。而通用定时器也能同时产生多达 4路的 PWM 输出，这样，STM32 最多可以同时产生 30 路 PWM 输出。

(2)普通IO口

一般能够输出PWM的端口都会在主要功能那一栏出现CHx的标志，而普通定时器没有出现这种标志。如图所示，上面的红框就是普通的定时器，不是专用的PWM端口。

PWM方波

脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

PWM它是一系列脉冲，这些脉冲将以方波的形式出现。在任何给定的时间点，波型要么是高电平或者是低电平。

信号保持在高电平的持续时间称为“接通时间”，信号保持在低电平的持续时间称为“断开时间”。对于PWM信号我们需要关注两个与之相关的重要参数，一个是PWM占空比，另一个是PWM信号的频率。

1.PWM占空比

PWM信号在特定的时间内保持接通状态，然后在剩余的时间内保持断开状态。占空比是指在一个脉冲循环内，接通时间相对于总时间所占的比例。在一段连续工作时间内脉冲高电平时间与总时间的比值。如果信号总是处于高电平，它的占空比是百分之百;如果信号总是处于低电平，那么它的占空比是0%。计算占空比的公式如下所示：

通过控制从0%到100%的占空比，我们可以控制PWM信号的“接通时间”，从而控制信号的宽度。由于我们可以通过调节脉冲信号的宽度控制接通时间，所以将这种控制方式称为“脉冲宽度调制”。

2.PWM的频率

PWM信号的频率决定了PWM完成一个信号周期的速度。周期是指PWM信号完成一个接通和关闭的时间。计算频率的公式如下所示

3.PWM的产生

单片机产生PWM，有以下几种方法：

指令生成PWM，可产生分辨率很高的PWM，但会影响其他任务运行，一般用在较简单的控制中

定时器产生PWM

部分单片机本身具有PWM模块功能

定时器

1.定时器功能

定时、输出比较(PWM)、输入捕获(测量脉冲宽度)、互补输出

2.定时器分类

基本定时器、通用定时器、高级定时器

3.定时器资源

F103系列有两个高级定时器TIM1和TIM8、4个通用定时器TIM2~5、2个基本定时器

基本定时器(TIM6，TIM7)的主要功能

基本的定时功能

包含一个16位自动装载计数器，由各自的可编程预分频器驱动

通用定时器(TIM2~TIM5)的主要功能

基本的定时器的功能

测量输入信号的脉冲长度( 输入捕获)

产生输出波形( 输出比较和PWM)

高级定时器(TIM1，TIM8)的主要功能

具有基本，通用定时器的所有功能

具有控制交直流电动机所有的功能，如输出6路互补带死区的信号、刹车功能等等

在之前的文章中，我们已经了解了使用 STM32 进行 ADC 转换。现在，我们将了解STM32 中的 PWM(脉冲宽度调制)以及如何使用 PWM 技术控制 LED 的亮度或直流风扇的速度。

我们知道有两种类型的电路信号：模拟和数字。模拟信号有3V、3.1V、2V...等电压信号，而数字信号只有1 和 0。

传感器输出的是模拟信号，这些模拟信号使用 ADC 转换为数字信号，因为微控制器只理解数字信号。处理完这些 ADC 值后，需要再次将输出转换为模拟形式以驱动模拟设备。为此，我们使用某些方法，如 PWM、数模 (DAC) 转换器等。

什么是 PWM(脉冲宽度调制)?(前面的文章也有相关介绍)

PWM可以让数字值控制模拟设备，例如控制电机的速度，LED的亮度等。我们知道电机和LED工作在模拟信号上。但是PWM不提供纯模拟输出，PWM看起来像是由短脉冲产生的模拟信号。

PWM 的占空比

PWM 信号保持高电平(ON Time)的时间百分比称为占空比。如果信号始终打开，则占空比为 100%，如果始终关闭，则占空比为 0%。

占空比 = ON Time /(ON Time + OFF Time)

STM32中的PWM

STM32F103C8 有 15 个 PWM 引脚和 10 个 ADC 引脚。它具有 16 位 PWM 分辨率(2^16)。

所以 65535 的值为100% 占空比，平均电压=总电压;

同样，32767 的值为50% 占空比，平均电压=50%总电压;

13107 的值为20% 占空比，平均电压=20%总电压。

这里我们使用电位器和 STM32 通过 PWM 技术来改变 LED 的亮度和直流风扇的速度。1602 LCD用于显示 ADC 值 (0-4095) 和输出的PWM 值 (0-65535) 。

直流风扇：这里使用的直流风扇是PC 的 BLDC 风扇。它需要额外提供电源，所以我们使用 9V 直流电池。PWM就是脉冲宽度调制，也就是占空比可变的脉冲波形。PWM控制技术就是对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。