《ATK-DFPGL22G之FPGA开发指南_V1.0》第二十一章
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第二十一章 高级定时器输出指定个数PWM实验
本章将介绍使用APM32E103高级定时器输出指定个数的PWM。通过本章的学习，读者将学习到高级定时器重复计数器的使用。
本章分为如下几个小节：
21.1 硬件设计
21.2 程序设计
21.3 下载验证
21.1 硬件设计
21.1.1 例程功能
1. 按下KEY0按键，控制定时器8通过PC6引脚以2Hz的频率输出5个PWM脉冲
21.1.2 硬件资源
1. 按键
KEY0 - PE4
2. 定时器8
通道1 - PC6
21.1.3 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。
21.2 程序设计
21.2.1 Geehy标准库的TMR驱动
本章实验将使用KEY0按键控制TMR8通过通道1（PC6引脚）输出指定个数的PWM。对于高级定时器自动重装载值、预分频计数器数值等基本参数的配置，与基本定时器和通用定时器的配置基本一致；对于高级定时器输出PWM，则于通用定时器输出PWM的配置基本一致，不过于通用定时器不同的是，高级定时器使能输出PWM需要将“刹车和死区寄存器（TMRx_BDT）”的MOEN位置1。要做到输出指定个数的PWM，需要使用到高级定时器的重复计数寄存器，重复计数寄存器可以配置高级定时器产生多少次上溢或下溢（一次上溢或下溢对应一个PWM）后才产生一次更新事件，其具体的配置步骤如下：
①：配置TMR8的自动重装载值和预分频器数值等参数
②：配置输出比较通道1
③：使能TMR8的更新中断
④：使能TMR8中断，并配置其相关的中断优先级
⑤：使能TMR8
⑥：使能输出比较通道1输出
⑦：使能TMR8的PWM输出
⑧：配置TMR8的重复计数寄存器
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指定中断
请见第16.2.1小节中使能TMR指定中断的相关内容。
④：配置TMR中断
请见第12.2.3小节中配置中断的相关内容。
⑤：使能TMR
请见第16.2.1小节中使能TMR的相关内容。
⑥：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。
⑦：使能高级定时器PWM输出
该函数用于使能高级定时器输出PWM，其函数原型如下所示：
void TMR_EnablePWMOutputs(TMR_T* tmr);
该函数的形参描述，如下表所示：
表21.2.1.1 函数TMR_EnablePWMOutputs()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
表21.2.1.2 函数TMR_EnablePWMOutputs()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)
{
/* 使能TMR8使出PWM */
TMR_EnablePWMOutputs(TMR8);
}
⑧：配置重复计数寄存器
高级定时器的重复计数寄存器可以在配置TMR寄存器参数时，通过函数TMR_ConfigTimeBase()进行配置，也可以通过写寄存器的方式直接修改高级定时器重复计数寄存器的数值，示例如下所示：
#include "apm32e10x.h"
void example_fun(void)
{
/* 配置TMR8的重复计数寄存器为5 */
TMR8->REPCNT = 5;
}
21.2.2 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和输出指定个数PWM的函数，并实现高级定时器的中断回调函数。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PWM输出引脚定义 */
#define ATMRX_TMRX_NPWM_CHY_GPIO_PORT GPIOC
#define ATMRX_TMRX_NPWM_CHY_GPIO_PIN GPIO_PIN_6
#define ATMRX_TMRX_NPWM_CHY_GPIO_CLK_ENABLE() do{ RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOC); }while(0)
/* 高级定时器定义 */
#define ATMRX_TMRX_NPWM TMR8
#define ATMRX_TMRX_NPWM_IRQn TMR8_UP_IRQn
#define ATMRX_TMRX_NPWM_IRQHandler TMR8_UP_IRQHandler
#define ATMRX_TMRX_NPWM_CHY TMR_CHANNEL_1
#define ATMRX_TMRX_NPWM_CHY_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PWM输出模式
* @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_npwm_chy_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_NPWM_CHY_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 高级定时器通道I/O口时钟使能 */
ATMRX_TMRX_NPWM_CHY_CLK_ENABLE(); /* 高级定时器时钟使能 */
/* 配置PWM输出引脚 */
gpio_init_struct.pin = ATMRX_TMRX_NPWM_CHY_GPIO_PIN; /* 通道y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_NPWM_CHY_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);/* 初始化GPIO*/
/* 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; /* 定时器分频 */
tmr_init_struct.repetitionCounter = 0; /* 重复计数器初始值 */
TMR_ConfigTimeBase(ATMRX_TMRX_NPWM, &tmr_init_struct); /* 初始化PWM */
/* 配置指定个PWM输出 */
tmr_oc_init_struct.mode = TMR_OC_MODE_PWM1; /* 模式选择PWM1 */
tmr_oc_init_struct.outputState = TMR_OC_STATE_ENABLE;/* 使能输出比较状态 */
tmr_oc_init_struct.outputNState = TMR_OC_NSTATE_ENABLE;/* 使能输出比较N状态 */
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;
/* 设置比较值,此值用来确定占空比 */
tmr_oc_init_struct.pulse = arr / 2;
/* 配置高级定时器通道与重装载 */
TMR_ConfigOC1(ATMRX_TMRX_NPWM, &tmr_oc_init_struct); /* 配置高级定时器通道 */
/* 使能高级定时器在CCMx上的预装 */
TMR_ConfigOC1Preload(ATMRX_TMRX_NPWM, TMR_OC_PRELOAD_ENABLE);
TMR_EnableAUTOReload(ATMRX_TMRX_NPWM); /* 配置重装载寄存器 */
/* 开启高级定时器相对应的通道以及相中断 */
NVIC_EnableIRQRequest(ATMRX_TMRX_NPWM_IRQn, 1, 0); /* 开启高级定时器中断 */
TMR_EnablePWMOutputs(ATMRX_TMRX_NPWM); /* 开启高级定时器PWM输出 */
TMR_EnableInterrupt(ATMRX_TMRX_NPWM, TMR_INT_UPDATE);/* 允许更新中断 */
/* 开启对应PWM通道 */
TMR_EnableCCxChannel(ATMRX_TMRX_NPWM, ATMRX_TMRX_NPWM_CHY);
}
从上面的代码中可以看出，本章实验中对高级定时器的初始化于前面章节中使用通用定时器输出PWM中对通用定时器的初始化配置是比较类似的，最大不同还是在高级定时器中断服务函数中对高级定时器特有的重复计数寄存器的相关处理中。
高级定时器驱动中，开启高级定时器输出指定个数PWM的函数，如下所示：
/**
* @brief 高级定时器设置PWM个数
* @param rcr: PWM的个数, 1~2^32次方个
* @retval 无
*/
void atmr_tmrx_npwm_chy_set(uint32_t npwm)
{
if (npwm == 0)
{
return;
}
g_npwm_remain = npwm; /* 保存脉冲个数 */
TMR_GenerateEvent(ATMRX_TMRX_NPWM, TMR_EVENT_UPDATE); /* 产生一次更新事件,在中断里面处理脉冲输出 */
TMR_Enable(ATMRX_TMRX_NPWM); /* 使能高级定时器 */
}
该函数记录下了需要产生的PWM个数，因为会在TMR8的更新中断中处理输出PWM，因此手动产生了一次更新事件，由于初始化函数中开启了TMR8的更新中断，因此随后会进入TMR的中断服务函数中。
高级定时器驱动中，TMR8的中断回调函数，如下所示：
/**
* @brief 高级定时器NPWM中断服务函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void ATMRX_TMRX_NPWM_IRQHandler(void)
{
uint16_t npwm = 0;
/* 检查通用定时器更新中断是否发生 */
if (TMR_ReadIntFlag(ATMRX_TMRX_NPWM, TMR_INT_UPDATE) != RESET)
{
/* 清除定时器溢出中断标志位 */
TMR_ClearIntFlag(ATMRX_TMRX_NPWM, TMR_INT_UPDATE);
if (g_npwm_remain > 256) /* 还有大于256个脉冲需要发送 */
{
g_npwm_remain = g_npwm_remain - 256;
npwm = 256;
}
else if (g_npwm_remain % 256) /* 还有位数（不到256）个脉冲要发送 */
{
npwm = g_npwm_remain % 256;
g_npwm_remain = 0; /* 没有脉冲了 */
}
if (npwm) /* 有脉冲要发送 */
{
/* 设置重复计数寄存器值为npwm-1, 即npwm个脉冲 */
ATMRX_TMRX_NPWM->REPCNT = npwm - 1;
/* 产生一次更新事件,在中断里面处理脉冲输出 */
TMR_GenerateEvent(ATMRX_TMRX_NPWM, TMR_EVENT_UPDATE);
TMR_Enable(ATMRX_TMRX_NPWM); /* 使能高级定时器 */
}
else
{
TMR_Disable(ATMRX_TMRX_NPWM); /* 关闭高级定时器 */
}
}
}
因为高级定时器的重复计数寄存器只有低八位有效，因此需要在需要产生大于255个PWM的情况下做特殊处理，随后将需要产生的PWM个数值减1写入TMR8的重复计数寄存器，并且由于写入重复计数寄存器的新值只有在下一次更新事件发生时才生效，因此需要手动产生一次更新事件，最后使能TMR8，这么一来，TMR8就会持续地输出PWM直到重复计数寄存器的数值为0后，产生一次更新中断，若此时已经输出完了指定个数的PWM，那么就会使用函数TMR_Disable()关闭高级定时器。
21.2.3 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;
uint8_t key = 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_npwm_chy_init(5000 - 1, 12000 - 1); /* 初始化PWM输出模式 */
atmr_tmrx_npwm_chy_set(5); /* 高级定时器输出PWM个数 */
while (1)
{
key = key_scan(0);
if (key == KEY0_PRES) /* KEY0按下 */
{
/* 输出5个PWM波(控制TMR8_CH1, 即PC6输出5个脉冲) */
atmr_tmrx_npwm_chy_set(5);
}
t++;
delay_ms(10);
if (t > 50)
{
t = 0;
/* 控制LED0闪烁, 提示程序运行状态 */
LED0_TOGGLE();
}
}
}
从上面的代码中可以看到，TMR8的自动重装载值配置为(5000-1)，TMR8的预分频器数值配置为(12000-1)，并且TMR8的时钟频率为120MHz，因此TMR8的计数频率为10KHz，且TMR8每计数5000次溢出一次，因此溢出频率为2Hz，也就是输出PWM的频率为2Hz。
初始化完TMR8后，就重复地扫描按键，若KEY0按键被按下，则输出5个PWM。
21.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，按下KEY0按键，此时可以通过示波器或外接LED的方式观察PC6引脚输出了5个频率为2Hz，占空比为50%的PWM。
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