【正点原子STM32连载】 第二十二章 高级定时器输出比较模式实验 摘自【正点原子】APM32E103最小系统板使用指南

1）实验平台：正点原子APM32E103最小系统板
2）平台购买地址：https://detail.tmall.com/item.htm?id=609294757420
3）全套实验源码+手册+视频下载地址： http://www.openedv.com/docs/boards/xiaoxitongban

第二十二章 高级定时器输出比较模式实验

本章将介绍使用APM32E103的高级定时器输出多个频率、占空比相同但相位不同的PWM。通过本章的学习，读者将学习到高级定时器输出比较的匹配时输出翻转模式的使用。
本章分为如下几个小节：
22.1 硬件设计
22.2 程序设计
22.3 下载验证

22.1 硬件设计
22.1.1 例程功能

1. 定时器8通道1、2、3、4在匹配时输出翻转模式下分别输出相位为25%、50%、75%、100%，占空比为50%的PWM
2. LED0闪烁，指示程序正在运行
   22.1.2 硬件资源
3. LED
   LED0 - PB5
4. 定时器8
   通道1 - PC6
   通道2 - PC7
   通道3 - PC8
   通道4 - PC9
   22.1.3 原理图
   本章实验使用的定时器8为APM32E103的片上资源，因此没有对应的连接原理图。
   22.2 程序设计
   22.2.1 Geehy标准库的TMR驱动
   本章实验将使用TMR8的四个通道同时输出频率、占空比相同，但相位不同的4个PWM，其配置方式于第十八章“通用定时器PWM输出实验”中的配置方式基本一致，不同在于第十八章“通用定时器PWM输出实验”中配置输出比较通道为PWM模式1，而本实验要将其配置为“匹配时输出翻转模式”，其具体步骤如下：
   ①：配置TMR8的自动重装载值和预分频器数值等参数
   ②：配置TMR8的4个输出比较通道
   ③：使能TMR8
   ④：使能TMR8的PWM输出
   ④：使能4个输出比较通道输出
   ⑥：配置4个输出比较通道的捕获计较寄存器数值
   在Geehy标准库中对应的驱动函数如下：
   ①：配置TMR
   请见第16.2.1小节中配置TMR的相关内容。
   ②：配置输出比较通道
   请见第18.2.1小节中配置输出比较通道的相关内容。
   ③：使能TMR
   请见第16.2.1小节中使能TMR的相关内容。
   ④：使能高级定时器PWM输出
   请见第21.2.1小节中使能高级定时器PWM输出的相关内容。
   ⑤：使能捕获比较通道
   请见第18.2.1小节中使能捕获比较通道的相关内容。
   ⑥：配置捕获比较寄存器数值
   该函数用于配置捕获比较寄存器的数值，在匹配时输出翻转模式下，当定时器的计数值与对应通道的捕获比较寄存器数值匹配时，就会翻转对应通道的输出电平，其函数原型如下所示：

void TMR_ConfigCompare1(TMR_T* tmr, uint16_t compare1);
void TMR_ConfigCompare2(TMR_T* tmr, uint16_t compare2);
void TMR_ConfigCompare3(TMR_T* tmr, uint16_t compare3);
void TMR_ConfigCompare4(TMR_T* tmr, uint16_t compare4);

该函数的形参描述，如下表所示：
形参 描述
tmr 指向TMR外设结构体的指针
例如：TMR1、TMR2等（在apm32e10x.h文件中有定义）
comparen 对应通道的捕获比较寄存器数值
表22.2.1.1 函数TMR_ConfigComparen()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
返回值 描述
无 无
表22.2.1.2 函数TMR_ConfigComparen()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：

#include "apm32e10x.h"
#include "apm32e10x_tmr.h"

void example_fun(void)
{
    /* 配置TMR8的通道1捕获比较寄存器数值为1000 */
    TMR_ConfigCompare1(TMR8, 1000);
}

22.2.2 高级定时器驱动
本章实验的高级定时器驱动主要负责向应用层提供高级定时器的初始化函数。本章实验中，高级定时器驱动的驱动代码包括atmr.c和atmr.h两个文件。
高级定时器驱动中，对TMR、GPIO的相关宏定义，如下所示：
/* 高级定时器输出比较模式引脚定义 */

#define ATMRX_TMRX_COMP_CH1_GPIO_PORT           GPIOC
#define ATMRX_TMRX_COMP_CH1_GPIO_PIN            GPIO_PIN_6
#define ATMRX_TMRX_COMP_CH1_GPIO_CLK_ENABLE()   do{ RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOC); }while(0)

#define ATMRX_TMRX_COMP_CH2_GPIO_PORT           GPIOC
#define ATMRX_TMRX_COMP_CH2_GPIO_PIN            GPIO_PIN_7
#define ATMRX_TMRX_COMP_CH2_GPIO_CLK_ENABLE()   do{ RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOC); }while(0)

#define ATMRX_TMRX_COMP_CH3_GPIO_PORT           GPIOC
#define ATMRX_TMRX_COMP_CH3_GPIO_PIN            GPIO_PIN_8
#define ATMRX_TMRX_COMP_CH3_GPIO_CLK_ENABLE()   do{ RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOC); }while(0)

#define ATMRX_TMRX_COMP_CH4_GPIO_PORT           GPIOC
#define ATMRX_TMRX_COMP_CH4_GPIO_PIN            GPIO_PIN_9
#define ATMRX_TMRX_COMP_CH4_GPIO_CLK_ENABLE()   do{ RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOC); }while(0)

/* 高级定时器通道定义 */
#define ATMRX_TMRX_COMP                         TMR8
#define ATMRX_TMRX_CHY1                         TMR_CHANNEL_1
#define ATMRX_TMRX_CHY2                         TMR_CHANNEL_2
#define ATMRX_TMRX_CHY3                         TMR_CHANNEL_3
#define ATMRX_TMRX_CHY4                         TMR_CHANNEL_4
#define ATMRX_TMRX_COMP_CLK_ENABLE()            do{ 

RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_TMR8); }while(0)
高级定时器驱动中TMR8的初始化函数，如下所示：

/**
 * @brief       初始化高级定时器输出比较模式
 * @note
 *              高级定时器的时钟来自APB2, 而PCLK2 = 120Mhz, 我们设置PPRE2不分频,因此
 *              高级定时器时钟 = 120Mhz
 *              定时器溢出时间计算方法: Tout = ((arr + 1) * (psc + 1)) / Ft us.
 *              Ft=定时器工作频率,单位:Mhz
 *
 * @param       arr: 自动重装值
 * @param       psc: 时钟预分频数
 * @retval      无
 */
void atmr_tmrx_comp_pwm_init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
    GPIO_Config_T gpio_init_struct;
    TMR_BaseConfig_T tmr_init_struct;
    TMR_OCConfig_T tmr_oc_init_struct;
    
    /* 使能时钟 */
    ATMRX_TMRX_COMP_CLK_ENABLE();                    /* 高级定时器时钟使能 */
    ATMRX_TMRX_COMP_CH1_GPIO_CLK_ENABLE();           /* 高级定时器通道1时钟使能 */
    ATMRX_TMRX_COMP_CH2_GPIO_CLK_ENABLE();           /* 高级定时器通道2时钟使能 */
    ATMRX_TMRX_COMP_CH3_GPIO_CLK_ENABLE();           /* 高级定时器通道3时钟使能 */
    ATMRX_TMRX_COMP_CH4_GPIO_CLK_ENABLE();           /* 高级定时器通道4时钟使能 */
    
    /* 配置输出比较模式引脚 */
    gpio_init_struct.pin = ATMRX_TMRX_COMP_CH1_GPIO_PIN;    /* 通道1的GPIO口 */
    gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_AF_PP;                /* 推挽复用输出 */
    gpio_init_struct.speed = GPIO_SPEED_50MHz;              /* 高速 */
GPIO_Config( ATMRX_TMRX_COMP_CH1_GPIO_PORT,             /* 初始化GPIO端口 */
&gpio_init_struct);
                                                            
    gpio_init_struct.pin = ATMRX_TMRX_COMP_CH2_GPIO_PIN;    /* 通道2的GPIO口 */
GPIO_Config( ATMRX_TMRX_COMP_CH2_GPIO_PORT,             /* 初始化GPIO端口 */
&gpio_init_struct);
    
    gpio_init_struct.pin = ATMRX_TMRX_COMP_CH3_GPIO_PIN;    /* 通道3的GPIO口 */
GPIO_Config( ATMRX_TMRX_COMP_CH3_GPIO_PORT,             /* 初始化GPIO端口 */
&gpio_init_struct);
    
    gpio_init_struct.pin = ATMRX_TMRX_COMP_CH4_GPIO_PIN;    /* 通道4的GPIO口 */
GPIO_Config( ATMRX_TMRX_COMP_CH4_GPIO_PORT,             /* 初始化GPIO端口 */
&gpio_init_struct);
    
    /* 配置高级定时器 */
    tmr_init_struct.countMode = TMR_COUNTER_MODE_UP;        /* 递增计数模式 */
    tmr_init_struct.clockDivision = TMR_CLOCK_DIV_1;        /* 时钟分频系数 */
    tmr_init_struct.period = arr;                           /* 自动重装载值 */
    tmr_init_struct.division = psc;                         /* 预分频器数值 */
    TMR_ConfigTimeBase(ATMRX_TMRX_COMP, &tmr_init_struct);  /* 配置高级定时器 */
    
    /* 配置定时器通道 */
    tmr_oc_init_struct.mode = TMR_OC_MODE_TOGGEL;        /* 比较输出模式翻转功能 */
tmr_oc_init_struct.outputState = TMR_OC_STATE_ENABLE;/* 使能输出比较状态 */
/* 使能输出比较N状态 */
    tmr_oc_init_struct.outputNState = TMR_OC_NSTATE_DISABLE;
    tmr_oc_init_struct.polarity = TMR_OC_POLARITY_HIGH;  /* 输出比较极性为高 */
tmr_oc_init_struct.nPolarity = TMR_OC_NPOLARITY_HIGH;/* 输出比较N极性为高 */
/* 当MOE=0，重置高级定时器输出比较空闲状态 */
tmr_oc_init_struct.idleState = TMR_OC_IDLE_STATE_RESET;
/* 当MOE=0，重置高级定时器输出比较空闲状态 */
tmr_oc_init_struct.nIdleState = TMR_OC_NIDLE_STATE_RESET;
/* 设置输出比较寄存器的值 */   
tmr_oc_init_struct.pulse = 250 - 1;
/* 初始化定时器的输出比较通道1 */
    TMR_ConfigOC1(ATMRX_TMRX_COMP, &tmr_oc_init_struct);
    /* 设置输出比较寄存器的值 */
tmr_oc_init_struct.pulse = 500 - 1;
/* 初始化定时器的输出比较通道2 */
    TMR_ConfigOC2(ATMRX_TMRX_COMP, &tmr_oc_init_struct);
    /* 设置输出比较寄存器的值 */
tmr_oc_init_struct.pulse = 750 - 1;
/* 初始化定时器的输出比较通道3 */
    TMR_ConfigOC3(ATMRX_TMRX_COMP, &tmr_oc_init_struct);
    /* 设置输出比较寄存器的值 */
tmr_oc_init_struct.pulse = 1000 - 1;
/* 初始化定时器的输出比较通道4 */
    TMR_ConfigOC4(ATMRX_TMRX_COMP, &tmr_oc_init_struct);
    
    /* 开启高级定时器捕获比较通道 */
    TMR_EnableCCxChannel(ATMRX_TMRX_COMP, ATMRX_TMRX_CHY1);/* 开启捕获比较通道1 */
    TMR_EnableCCxChannel(ATMRX_TMRX_COMP, ATMRX_TMRX_CHY2);/* 开启捕获比较通道2 */
    TMR_EnableCCxChannel(ATMRX_TMRX_COMP, ATMRX_TMRX_CHY3);/* 开启捕获比较通道3 */
    TMR_EnableCCxChannel(ATMRX_TMRX_COMP, ATMRX_TMRX_CHY4);/* 开启捕获比较通道4 */
    TMR_EnablePWMOutputs(ATMRX_TMRX_COMP);                 /* 开启PWM输出 */
    TMR_Enable(ATMRX_TMRX_COMP);                           /* 使能高级定时器 */
}

从上面的代码中可以看出，虽然因为配置了TMR8的4个通道，导致代码量比较大，但是配置方式基本是与第十八章“通用定时器PWM输出实验”中通用定时器的初始化函数一致的，区别在于本实验配置4个通道都为匹配时输出翻转模式，并且对于高级定时器需要调用函数TMR_EnablePWMOutputs()使能PWM输出。
22.2.3 实验应用代码
本实验的应用代码，如下所示：

int main(void)
{
    uint8_t t = 0;
    
    NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_4);  /* 设置中断优先级分组为组4 */
    sys_apm32_clock_init(15);                         /* 配置系统时钟 */
    delay_init(120);                                  /* 初始化延时功能 */
    usart_init(115200);                               /* 初始化串口 */
    led_init();                                       /* 初始化LED */
    atmr_tmrx_comp_pwm_init(1000 - 1, 120 - 1);       /* 初始化输出比较模式 */
    
    while (1)
    {
        delay_ms(10);
        t++;
        
        if (t >= 20)
        {
            LED0_TOGGLE();                            /* LED0(RED)闪烁 */
            t = 0;
        }
    }
}

从上面的代码中可以看到，TMR8的自动重装载值配置为(1000-1)，TMR8的预分频器数值配置为(120-1)，并且TMR8的时钟频率为120MHz，因此TMR8的计数频率为1MHz，且TMR8每计数1000次溢出一次，因此溢出频率为1KHz，但TMR8的4个通道配置为了匹配时输出翻转模式，因此4个通道输出的PWM频率应为500Hz。
初始化完TMR8后，调用函数TMR_ConfigComparen()配置了4个通道的捕获比较寄存器数值，要注意的是，该寄存器的值不能超过TMR8的自动重装载值，且捕获比较寄存器的数值与TMR8自动重装载值的比值就是输出PWM的相位。
22.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，可以通过示波器观察PC6引脚、PC7引脚、PC8引脚和PC9引脚输出的4路PWM，可以发现这4路PWM的频率都为500Hz、占空比都为50%，但相位两两相差了25%。