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潘多拉 IOT 开发板学习(HAL 库)—— 实验9 PWM输出实验(学习笔记)
2022-07-06 03:40:00 【小辉_Super】
本文代码参考正点原子例程
文章目录
实验功能
例程源码:(main.c)
本实验实现的功能:用 PWM 波控制电机转动,通过控制 PWM 的占空比,从而控制电机的转速。
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "pwm.h"
/********************************************************************************* ___ _ _____ _____ _ _ _____ _____ _ __ / _ \ | | |_ _|| ___|| \ | ||_ _|| ___|| | / / / /_\ \| | | | | |__ | \| | | | | |__ | |/ / | _ || | | | | __| | . ` | | | | __| | \ | | | || |_____| |_ | |___ | |\ | | | | |___ | |\ \ \_| |_/\_____/\___/ \____/ \_| \_/ \_/ \____/ \_| \_/ * ****************************************************************************** * 正点原子 Pandora STM32L475 IoT开发板 实验9 * PWM输出实验 HAL库版本 * 技术支持:www.openedv.com * 淘宝店铺:http://openedv.taobao.com * 关注微信公众平台微信号:"正点原子",免费获取STM32资料。 * 广州市星翼电子科技有限公司 * 作者:正点原子 @ALIENTEK * ******************************************************************************/
int main(void)
{
u8 time = 0;
u8 speed = 1; //速度控制 0:加速 1:减速
u8 dir = 1; //正反转标志 0:电机正转 1:电机反转
u16 pwmval = 500; //默认值
HAL_Init();
SystemClock_Config(); //初始化系统时钟为80M
delay_init(80); //初始化延时函数 80M系统时钟
uart_init(115200); //初始化串口,波特率为115200
LED_Init(); //初始化LED
PWM_Init(1000 - 1, 80 - 1); //TIM2时钟频率 80M/80=1M 计数频率1M/1000=1KHZ 默认占空比为50%
while(1)
{
if(speed) pwmval += 5;
else pwmval -= 5;
if(pwmval >= 1000) speed = 0;
if(pwmval <= 500)
{
speed = 1;
dir = dir ^ 0x01; //速度变为最小时改变电机方向
}
if(dir)
{
TIM_SetTIM2Compare1(pwmval);
TIM_SetTIM2Compare2(0);
}
else
{
TIM_SetTIM2Compare1(0);
TIM_SetTIM2Compare2(pwmval);
}
time++;
if( time%20 == 0 )
LED_B_TogglePin;
delay_ms(15);
}
}
代码剖析
HAL_Init()
HAL_Init()
定义如下:(具体实现的功能见注释)
HAL_StatusTypeDef HAL_Init(void)
{
HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;
/* 配置 Flash 预取,指令缓存,数据缓存 */
/* 默认配置为:预存取关闭 指令缓存和数据缓存开启 */
#if (INSTRUCTION_CACHE_ENABLE == 0) // Flash开启预存取配置,能加速CPU代码的执行
__HAL_FLASH_INSTRUCTION_CACHE_DISABLE();
#endif /* INSTRUCTION_CACHE_ENABLE */
#if (DATA_CACHE_ENABLE == 0)
__HAL_FLASH_DATA_CACHE_DISABLE();
#endif /* DATA_CACHE_ENABLE */
#if (PREFETCH_ENABLE != 0)
__HAL_FLASH_PREFETCH_BUFFER_ENABLE();
#endif /* PREFETCH_ENABLE */
/* Set Interrupt Group Priority */
HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_2); // 配置 NVIC 优先级分组
/* Use SysTick as time base source and configure 1ms tick (default clock after Reset is MSI) */
if (HAL_InitTick(TICK_INT_PRIORITY) != HAL_OK) //初始化滴答定时器,时钟节拍设置为 1ms
{
status = HAL_ERROR;
}
else
{
/* Init the low level hardware */
HAL_MspInit(); // 低速的外设初始化,比如 GPIO、中断等的设置(使用 STM32CubeMx 生成代码时会将低速外设初始
// 代码当这类函数里,其他情况下可以忽略这个函数
}
/* Return function status */
return status;
}
HAL_InitTick()
滴答定时器时钟节拍初始化函数
__weak HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick(uint32_t TickPriority)
{
HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;
/*Configure the SysTick to have interrupt in 1ms time basis*/
if (HAL_SYSTICK_Config(SystemCoreClock/1000UL) != 0U) // 系统时钟/1000,中断周期为 1ms
{
status = HAL_ERROR;
}
else
{
/*Configure the SysTick IRQ priority */
HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, TickPriority, 0); // 将滴答定时器的中断优先级设置为最高
}
/* Return function status */
return status;
}
SystemClock_Config()
SystemClock_Config()
函数定义如下:(具体实现的功能见注释,仅供参考)
void SystemClock_Config(void)
{
HAL_StatusTypeDef ret = HAL_OK;
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct; // 定义振荡器初始化结构体变量
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct; // 定义时钟初始化结构体变量
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); // 使能电源控制时钟
/*Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; // 将 HSE(外部高速时钟)作为时钟源
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; // 开启 HSE
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON; // 开启 PLL(锁相环)
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE; // 将 HSE 作为 PLL 的时钟源
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 1; // PLL-VCO 输入时钟分频系数,1 表示 2 分频(8 / 2 = 4M,本开发板外部晶振频率为 8MHz)
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 20; // PLL-VCO 输出时钟倍频系数,4 * 20 = 80M,即输出时钟频率为 80MHz
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV7; // SAI 时钟的分频系数
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2; // SDMMC1, RNG 和 USB 的时钟分频系数
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2; // 主系统时钟的分频系数
ret = HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct); //初始化时钟配置
if(ret != HAL_OK) while(1);
/*Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
| RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2; // 将所有时钟同时进行配置
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK; // 将 PLL 作为系统时钟源
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1; // AHB 不分频
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; // APB1 不分频
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; // APB2 不分频
ret = HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_4); // 配置时钟初始结构体变量,
//使用 Flash 延迟4,等待状态(延迟)的数量需要根据CPU时钟(HCLK)的频率和内部电压范围来选择,具体怎么
//选需要参考芯片手册
if(ret != HAL_OK) while(1);
/*Configure the main internal regulator output voltage*/
ret = HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1); //内部寄存器输出电压配置
// 下面是 HAL_PWREx_ControlVoltageScaling() 函数说明的部分内容:
//PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1 Regulator voltage output range 1 mode, typical output voltage
// at 1.2 V, system frequency up to 80 MHz.
if(ret != HAL_OK) while(1);
}
delay_init()
滴答定时器已经在 HAL_Init()
中进行了初始化,下面这个函数实际上就是给 fac_us
赋了一个值(目前暂不涉及操作系统,其他代码暂时不去研究)。
static u32 fac_us = 0; //us延时倍乘数
/** * @brief 初始化延迟函数,SYSTICK的时钟固定为AHB时钟 * * @param SYSCLK 系统时钟频率 * * @return void */
void delay_init(u8 SYSCLK)
{
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果需要支持OS.
u32 reload;
#endif
HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);//SysTick频率为HCLK
fac_us = SYSCLK; //不论是否使用OS,fac_us都需要使用
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果需要支持OS.
reload = SYSCLK; //每秒钟的计数次数 单位为K
reload *= 1000000 / delay_ostickspersec; //根据delay_ostickspersec设定溢出时间
//reload为24位寄存器,最大值:16777216,在80M下,约209.7ms左右
fac_ms = 1000 / delay_ostickspersec; //代表OS可以延时的最少单位
SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_TICKINT_Msk; //开启SYSTICK中断
SysTick->LOAD = reload; //每1/OS_TICKS_PER_SEC秒中断一次
SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //开启SYSTICK
#else
#endif
}
LED_Init()
/** * @brief LED IO初始化函数 * * @param void * * @return void */
void LED_Init(void)
{
/* LED-B PE9 LED-G PE8 LED-R PE7 */
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_SET);
}
PWM_Init()
本实验使用 TIM2 来输出 PWM,下面是 TIM2 的初始化函数。TIM2 的时钟频率为 80MHz,main() 函数中分频系数为 80 - 1,80M / 80 = 1MHz,对应的计时周期就是 1us;重载值为 1000 - 1,那么 PWM 的周期就是 1ms。
/** * @brief TIM2 PWM输出初始化函数 * * @param arr 自动重装值 * @param psc 时钟预分频数 * * @return void */
void PWM_Init(u16 arr, u16 psc)
{
TIM2_Handler.Instance = TIM2; //定时器2
TIM2_Handler.Init.Prescaler = psc; //定时器分频
TIM2_Handler.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; //向上计数模式
TIM2_Handler.Init.Period = arr; //自动重装载值
TIM2_Handler.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
HAL_TIM_PWM_Init(&TIM2_Handler); //初始化PWM
TIM2_CHnHandler.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; //模式选择PWM1
TIM2_CHnHandler.Pulse = arr / 2; //设置比较值,此值用来确定占空比,默认比较值为自动重装载值的一半,即占空比为50%
TIM2_CHnHandler.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; //输出比较极性为低
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TIM2_Handler, &TIM2_CHnHandler, TIM_CHANNEL_1); //配置TIM2通道1
HAL_TIM_PWM_Start(&TIM2_Handler, TIM_CHANNEL_1); //开启PWM通道1
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TIM2_Handler, &TIM2_CHnHandler, TIM_CHANNEL_2); //配置TIM2通道2
HAL_TIM_PWM_Start(&TIM2_Handler, TIM_CHANNEL_2); //开启PWM通道2
}
HAL_TIM_Base_MspInit()
上面的 HAL_TIM_PWM_Init()
函数会调用定时器(PWM)的底层驱动初始化函数,该函数中配置了 PWM 通道对应的 GPIO。
/** * @brief 定时器底层驱动,时钟使能,引脚配置,此函数会被HAL_TIM_PWM_Init()调用 * * @param htim 定时器句柄 * * @return void */
void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE(); //使能定时器2
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //开启GPIOA时钟
GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1; //PA0.1
GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_Initure.Pull = GPIO_PULLUP; //上拉
GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_HIGH; //高速
GPIO_Initure.Alternate = GPIO_AF1_TIM2; //PA1复用为TIM2_CH1.CH2
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_Initure);
}
TIM_SetTIM2Compare1()
TIM2 通道 1 占空比设置函数,直接向 CCR1 寄存器填值。
/** * @brief 设置TIM2通道1的占空比 * * @param compare 比较值 * * @return void */
void TIM_SetTIM2Compare1(u32 compare)
{
TIM2->CCR1 = compare;
}
通道 2 的占空比设置原理和通道 1 相同。
/** * @brief 设置TIM2通道2的占空比 * * @param compare 比较值 * * @return void */
void TIM_SetTIM2Compare2(u32 compare)
{
TIM2->CCR2 = compare;
}
HAL 库中也自带了占空比配置函数,同样是写 CCR 寄存器。
/** * @brief Set the TIM Capture Compare Register value on runtime without calling another time ConfigChannel function. * @param __HANDLE__ TIM handle. * @param __CHANNEL__ TIM Channels to be configured. * This parameter can be one of the following values: * @arg TIM_CHANNEL_1: TIM Channel 1 selected * @arg TIM_CHANNEL_2: TIM Channel 2 selected * @arg TIM_CHANNEL_3: TIM Channel 3 selected * @arg TIM_CHANNEL_4: TIM Channel 4 selected * @arg TIM_CHANNEL_5: TIM Channel 5 selected * @arg TIM_CHANNEL_6: TIM Channel 6 selected * @param __COMPARE__ specifies the Capture Compare register new value. * @retval None */
#define __HAL_TIM_SET_COMPARE(__HANDLE__, __CHANNEL__, __COMPARE__) \ (((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_1) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCR1 = (__COMPARE__)) :\ ((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_2) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCR2 = (__COMPARE__)) :\ ((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_3) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCR3 = (__COMPARE__)) :\ ((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_4) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCR4 = (__COMPARE__)) :\ ((__CHANNEL__) == TIM_CHANNEL_5) ? ((__HANDLE__)->Instance->CCR5 = (__COMPARE__)) :\ ((__HANDLE__)->Instance->CCR6 = (__COMPARE__)))
LED 操作函数
LED 的控制函数是宏函数,分别用到了 HAL_GPIO_WritePin()
和 HAL_GPIO_TogglePin()
两个库函数。
//RGB接口定义
#define LED_R(n) (n?HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_SET):HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_RESET))
#define LED_R_TogglePin HAL_GPIO_TogglePin(GPIOE,GPIO_PIN_7) //LED_R电平翻转
#define LED_G(n) (n?HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET):HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET))
#define LED_G_TogglePin HAL_GPIO_TogglePin(GPIOE,GPIO_PIN_8) //LED_G电平翻转
#define LED_B(n) (n?HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET):HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET))
#define LED_B_TogglePin HAL_GPIO_TogglePin(GPIOE,GPIO_PIN_9) //LED_B电平翻转
delay_ms()
delay_ms()
里运行的是 delay_us()
, delay_us()
通过滴答定时器实现延时。上面的 delay_init()
已经将 fac_us 设置为了 80,滴答定时器计数 80 次需要用 10-6 秒(系统时钟为 80MHz),即 1us。
/** * @brief 延时毫秒(ms)函数 * * @param nms 需要延时多少毫秒 * * @return void */
void delay_ms(u16 nms)
{
u32 i;
for(i = 0; i < nms; i++) delay_us(1000);
}
/** * @brief 延时微秒(us)函数 * * @remark nus:0~190887435(最大值即2^32/[email protected]_us=22.5) * * @param nus 需要延时多少微秒 * * @return void */
void delay_us(u32 nus)
{
u32 ticks;
u32 told, tnow, tcnt = 0;
u32 reload = SysTick->LOAD; //LOAD的值
ticks = nus * fac_us; //需要的节拍数
told = SysTick->VAL; //刚进入时的计数器值
while(1)
{
tnow = SysTick->VAL;
if(tnow != told)
{
if(tnow < told)tcnt += told - tnow; //这里注意一下SYSTICK是一个递减的计数器就可以了.
else tcnt += reload - tnow + told;
told = tnow;
if(tcnt >= ticks)break; //时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
}
}
}
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