掌上实验室V8系列教程（四）定时器PWM输出

1 项目功能

三色RGB LED 通过PWM 调色

2 电路原理

我们可以通过3路PWM波分别调整RGB三个二极管的亮度，即调整RGB的比例，合成不同的颜色。

PWM，英文名Pulse Width Modulation，是脉冲宽度调制缩写，它是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，等效出所需要的波形（包含形状以及幅值），对模拟信号电平进行数字编码，也就是说通过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化，占空比就是指在一个周期内，信号处于高电平的时间占据整个信号周期的百分比，例如方波的占空比就是50%。

当PA1输出“0”时，红色LED（R）亮；PA1输出“1”，红色LED灭。也就是说上述电路是低电平有效，上图的PWM波形周期为4ms，占空比为 3/4*100% = 75%。如果PA1输出占空比为75%的PWM波（低电平有效），红色LED的亮度就是最大亮度的75%。对于绿色LED（G）和蓝色LED（B），依次类推。

3 定时器功能

通用定时器 TMR2 包含一个支持向上、向下、双向计数的 16 位计数器、4 个捕获/比较寄存器、
4 组独立的通道。可实现输入捕获、可编程 PWM 输出。

TMR2 计数时钟可从内部时钟（CK_INT）、外部时钟（外部时钟模式 A、B）、内部触发输入（ISx）这些时钟源提供。

TMR 的输出部分由比较器和输出控制构成，用于编程输出信号的周期、占空比、极性，如下图所示。

配置 CxC[2：0]≠2’b00 将通道配置为输出可实现多种输出模式，此时，计数器计数值将与通道寄存器（TMRx_CxDT）值比较，并根据 CxOCTRL[2：0]位配置的输出模式，产生中间信号 CxORAW，再经过输出控制逻辑处理后输送到 IO。输出信号的周期由周期寄存器（TMRx_PR）值配置，占空比则由通道寄存器（TMRx_CxDT）值配置。TMR2有PWM、强制输出模式、输出比较模式、单周期模式和快速输出模式几种。本例中用到的是PWM模式。

PWM 模式：CxOCTRL=3’b110/111 时，开启 PWM 模式，每个通道可独立配置并输出
一路 PWM 信号。此时，输出信号的周期由 TMRx_PR 配置，占空比由 CxDT 值配置，计数
器值与通道寄存器（TMRx_CxDT）值进行比较，根据计数方向输出指定电平信号，关于 PWM
模式 A/B 详见 CxOCTRL[2：0]位描述。当计数模式为双向计数时，可根据 OWCDIR 位指示
计数方向。下图是向上计数下PWM模式A的例子

PR值是32，所以周期是33（0~32），通道寄存器值CxDT的值是3，所以计数3次之后C1ORAW翻转，引起输出引脚IO翻转。

TMR2最多可以输出4通道PWM，本例中采用了其中的三个通道（ch2,ch3,ch4）。

4 程序设计

4.1 驱动包选择

首先驱动包的选择如下图，本例用到的有crm、gpio、misc和tmr。

4.2 GPIO配置

PA2、PA3、PA4主功能是GPIO，需要把他们配置成多工功能。

void gpio_pins_init(void)
{crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOA_PERIPH_CLOCK, TRUE);gpio_init_type gpio_init_struct;gpio_default_para_init(&gpio_init_struct);gpio_init_struct.gpio_pins = GPIO_PINS_1 | GPIO_PINS_2 | GPIO_PINS_3;gpio_init_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_MUX;gpio_init_struct.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOA, &gpio_init_struct);
}

4.3 TMR2配置

定时器2共有四路输出，掌上实验室V8采用了TMR2的三个通道Ch2、Ch3、Ch4输出连接三色LED的RGB引脚。根据电路图可以看出，MCU输出低的时候，对应的LED会亮，所以PWM极性应该设置成低有效。

void tmr2_pwm_init(void)
{uint16_t tmr_pr   = 254;uint16_t ccr2_val = 123;uint16_t ccr3_val = 123;uint16_t ccr4_val = 123;uint16_t prescaler_value = 0;crm_periph_clock_enable(CRM_TMR2_PERIPH_CLOCK, TRUE);tmr_output_config_type tmr_oc_init_structure;prescaler_value = 0;/* tmr3 time base configuration */tmr_base_init(TMR2, tmr_pr, prescaler_value);tmr_cnt_dir_set(TMR2, TMR_COUNT_UP);tmr_clock_source_div_set(TMR2, TMR_CLOCK_DIV1);tmr_output_default_para_init(&tmr_oc_init_structure);tmr_oc_init_structure.oc_mode = TMR_OUTPUT_CONTROL_PWM_MODE_A;tmr_oc_init_structure.oc_idle_state = FALSE;tmr_oc_init_structure.oc_polarity = TMR_OUTPUT_ACTIVE_LOW;tmr_oc_init_structure.oc_output_state = TRUE;tmr_output_channel_config(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_2, &tmr_oc_init_structure);tmr_channel_value_set(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_2, ccr2_val);tmr_output_channel_buffer_enable(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_2, TRUE);tmr_output_channel_config(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_3, &tmr_oc_init_structure);tmr_channel_value_set(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_3, ccr3_val);tmr_output_channel_buffer_enable(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_3, TRUE);tmr_output_channel_config(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_4, &tmr_oc_init_structure);tmr_channel_value_set(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_4, ccr4_val);tmr_output_channel_buffer_enable(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_4, TRUE);tmr_period_buffer_enable(TMR2, TRUE);/* tmr enable counter */tmr_counter_enable(TMR2, TRUE);
}

这里pr=255，所以周期是255+1=256个时钟周期。ccr2_val，ccr3_val，ccr4_val分别对应RGB的值，可以在0~255之间选择。

PWM周期对于本例不重要，所以没有做特别的计算。如果需要准确设置PWM周期，可以通过下列公式计算：

T = 1/fclk * (prescaler_value+1) * (tmr_pr+1)

fclk的计算可以参考：掌上实验室V8系列教程（五）定时器中断及应用

5 完整示例代码

#include "at32f403a_407_conf.h"void gpio_pins_init(void)
{crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOA_PERIPH_CLOCK, TRUE);gpio_init_type gpio_init_struct;gpio_default_para_init(&gpio_init_struct);gpio_init_struct.gpio_pins = GPIO_PINS_1 | GPIO_PINS_2 | GPIO_PINS_3;gpio_init_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_MUX;gpio_init_struct.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_init(GPIOA, &gpio_init_struct);
}void tmr2_pwm_init(void)
{uint16_t tmr_pr   = 255;uint16_t ccr2_val = 255;uint16_t ccr3_val = 0;uint16_t ccr4_val = 0;uint16_t prescaler_value = 0;crm_periph_clock_enable(CRM_TMR2_PERIPH_CLOCK, TRUE);tmr_output_config_type tmr_oc_init_structure;prescaler_value = 0;/* tmr3 time base configuration */tmr_base_init(TMR2, tmr_pr, prescaler_value);tmr_cnt_dir_set(TMR2, TMR_COUNT_UP);tmr_clock_source_div_set(TMR2, TMR_CLOCK_DIV1);tmr_output_default_para_init(&tmr_oc_init_structure);tmr_oc_init_structure.oc_mode = TMR_OUTPUT_CONTROL_PWM_MODE_A;tmr_oc_init_structure.oc_idle_state = FALSE;tmr_oc_init_structure.oc_polarity = TMR_OUTPUT_ACTIVE_LOW;tmr_oc_init_structure.oc_output_state = TRUE;tmr_output_channel_config(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_2, &tmr_oc_init_structure);tmr_channel_value_set(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_2, ccr2_val);tmr_output_channel_buffer_enable(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_2, TRUE);tmr_output_channel_config(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_3, &tmr_oc_init_structure);tmr_channel_value_set(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_3, ccr3_val);tmr_output_channel_buffer_enable(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_3, TRUE);tmr_output_channel_config(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_4, &tmr_oc_init_structure);tmr_channel_value_set(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_4, ccr4_val);tmr_output_channel_buffer_enable(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_4, TRUE);tmr_period_buffer_enable(TMR2, TRUE);/* tmr enable counter */tmr_counter_enable(TMR2, TRUE);
}void delay_us(int us)
{SysTick->LOAD = us * system_core_clock/1000000; SysTick->VAL = 0;SysTick->CTRL = 0x5; //Systick采用系统时钟为时钟源，并启动while((SysTick->CTRL & (1<<16))==0);SysTick->CTRL = 0;   //停止Systick
}void delay_ms(int ms)
{for(;ms>0;ms--)delay_us(1000);
}int main(void)
{gpio_pins_init();tmr2_pwm_init();for(;;){for(int r=0;r<255;r++){tmr_channel_value_set(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_2, r);delay_ms(10);}for(int g=0;g<255;g++){tmr_channel_value_set(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_3, g);delay_ms(10);}for(int b=0;b<255;b++){tmr_channel_value_set(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_4, b);delay_ms(10);}delay_ms(500);tmr_channel_value_set(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_2, 0);tmr_channel_value_set(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_3, 0);tmr_channel_value_set(TMR2, TMR_SELECT_CHANNEL_4, 0);delay_ms(500);}
}

6 参考资源

《掌上实验室V8》原理图

AT32F403A AT32F407 固件库2.0.2 应用说明