本篇將繼續使用 Timer 的功能來呈現 PWM 的效果。所謂的 PWM (Pulse Width Modulation)，是將類比訊號轉換為脈波的一種技術，先前的文章，已經提到使用 PWM 控制伺服馬達的應用，使用 Arduino IDE 的介透過 STM32 進行控制：STM32F103x STM32筆記(6)：使用可變電阻控制MG90S伺服馬達 本篇文章將使用 STM32 的標準函式庫來撰寫 PWM 程式，控制馬達、燈光等。
PWM 的應用非常廣泛，常見的如燈光的亮度、馬達的轉速等，都是運用 PWM 的技術來達成。PWM 的應用控制屬性，主要是信號的頻率、佔空比及分辨率。本篇實做將運用 PWM 的方法，撰寫一個簡單的應用程序來製作 LED 呼吸燈。
要持續看到 LED 發亮，其刷新頻率大於 50Hz(每秒 50次)的時候，眼睛就會產生視覺暫留效果，看起來是一個恆亮的 LED 燈，如果頻率低於 50 太多的話，看起來就會閃爍。
所以，在頻率可造成視覺暫留的情況下，可以用不同佔空比改變 LED 燈的亮度。使其達到一個呼吸燈的效果。結論如下：「頻率高時，不會閃爍，頻率低時，容易閃爍，兩種情況下佔空比越大，LED 就越亮。」
① 選擇時鐘 Clock selection (15.3.3)
② 時基電路 Time-base unit (15.3.1)
③ 輸入捕獲 Input capture mode (15.3.5)
④ 輸出比較 Output compare mode (15.3.8)
定時器除了 TIM6 和 TIM7（基本定時器）之外，其他的定時器都可以產生 PWM 輸出，高級定時器 TIM1、TIM8 可以同時產生 7 路 PWM 輸出，而通用定時器可以同時產生 4 路 PWM 輸出通道，每一個通道都有一個捕獲比較暫存器，將暫存器值和計數器值比較，透過比較結果輸出高低電位，實現 PWM 信號。
上圖 CNT 是計數器，ARR 為定時器重新裝載值，CCRx 是比較值，在 t 時刻將計時器跟 CCRx 進行比較，如果計數器值小於 CCRx 值，輸出低電位，如果計數器值大於 CCRx 值，輸出高電位。
計時器從 0 開始向上計數，當 t0～t1 時，計時器計數器 TIMx_CNT 值小於 CCRx 值，這時輸出為低電位，t1～t2 時，計時器計數器 TIMx_CNT 值大於 CCRx值，輸出高電位。當 TIMx_CNT 值達到 ARR 時，計時器溢位，時間為 t2 ，這時稱為 PWM 的一個週期，在繼續重新向上計數。
產生的波形稱為 PWM 信號，其頻率由內部時鐘、預分頻器和 ARRx 暫存器決定 PWM 週期(在時鐘頻率一定的情況下，當前為預設內部時鐘 CK_INT)，CCRx 則決定 PWM 占空比(高低電平所占整個週期比例)。
PWM 並不總是必須遵循完全相同的 PWM 生成程序，但是，它是非常基本的，並且更容易理解這個概念。它被稱為向上計數PWM模式。我們將在本系列教程中繼續討論更高級的 PWM 生成技術。
再來看一下輸出階段的捕獲/比較頻道 1 放大的方塊圖：
① TIMx_CCMR1 暫存器的 OC1M[2:0] 位元,設置輸出模式控制器：其值為 110 時稱為 PWM 模式1，其值為 111 時稱做 PWM 模式2。
② 計數器值 TIMx_CNT 與通道1 捕獲比較暫存器 CCR1 進行比較，通過比較結果輸出有效電位和無效電位，OC1REF = 0 時為「無效低電位」，OC1REF = 1 時為「有效高電位」。
③ 透過輸出模式控制器產生的信號 TIMx_CCER 暫存器的 CC1P 位，設置輸入/捕獲通道1 輸出極性，CC1P = 0 時為高電位有效，CC1P = 1時為低電位有效。
④ TIMx_CCER：CC1E 位元控制輸出啟用電路，信號由此輸出到對應引腳，0:關閉，1:開啟 。
在整理上面這段時，一直搞不清楚 CC1P、OC1 之間的關係，整理成下表會比較容易理解：
PWM 通道設置是通過函式(函式名稱的x 需改成 1～4 其中一個數字) TIM_OC1Init()～TIM_OC4Init()來設置的，不同的通道的設置函數不一樣，使用的是通道 1，就使用的函數是 TIM_OC1Init()。
輸出比較結構體 TIM_OCInitTypeDef 用於輸出比較模式，與 TIM_OCxInit 函數配合使用完成指定定時器輸出通道初始化配置。通用定時器有四個定時器通道，使用時都必須單獨設置。
- 引數 TIMx ，x 可以是 1 到 17，除了 6 和 7 以外的 TIM 外設。
對 TIMx 進行初始化，需先定義並填入一個 TIM_OCInitTypeDef 類型的結構體。
✈ void TIM_OCxPreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);
(函式名稱的x 需改成 1～4 其中一個數字)啟用或禁用 CCRx 上的 TIMx 外設預載暫存器。
- 引數 TIMx ，x 可以是 1 到 17，除了 6 和 7 以外的 TIM 外設。
- 引數 TIM_OCPreload 設定為啟用TIM_OCPreload_Enable 或 TIM_OCPreload_Disable。
✈ void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef *TIMx, uint16_t Compare1)
設定 TIMx 捕獲比對暫存器的值。用來更改 CCR 暫存器的函式，
- 引數 TIMx 的 x 可以是 1 to 17，除了6 和 7 以外。
- 引數 Compare1 是用於與 TIMx 比較的數，相當於用 TIMx 的一個週期的時間減去這個 Compare1，使得 TIMx 的周期從後面開始的Compare1 的時間為 TIMx 的前部分時間的反向。即若前部分時間為高電平，則 Compare1 段所在時間為低電平。若前部分時間為低電平，則Compare1段所在時間為高電平。
下一篇：STM32筆記 (22)：PWM基本概念與呼吸燈(下)
PWM 的應用非常廣泛，常見的如燈光的亮度、馬達的轉速等，都是運用 PWM 的技術來達成。PWM 的應用控制屬性，主要是信號的頻率、佔空比及分辨率。本篇實做將運用 PWM 的方法，撰寫一個簡單的應用程序來製作 LED 呼吸燈。
[關於呼吸燈]
談到 PWM 就一定要知道「佔空比(Duty Cycle)」，例如 LED 1 秒鐘內，高低電位各佔 0.5 秒，這時的頻率是 1 Hz，佔空比為 50%，LED 看起來會閃爍，如果頻率改成 100Hz，也就是在 10 毫秒時間內，5 毫秒高電位，5毫秒低電位，這時佔空比仍為 50%。這時看到的 LED 是恆亮的，原因是來不及熄滅又亮起來，但是亮度會比較暗，高電位的供電時間僅 50%，跟原先的亮度比較起來只有 50%。佔空比越大，亮的時間就越長，視覺上也就越亮。要持續看到 LED 發亮，其刷新頻率大於 50Hz(每秒 50次)的時候，眼睛就會產生視覺暫留效果，看起來是一個恆亮的 LED 燈，如果頻率低於 50 太多的話，看起來就會閃爍。
所以，在頻率可造成視覺暫留的情況下，可以用不同佔空比改變 LED 燈的亮度。使其達到一個呼吸燈的效果。結論如下：「頻率高時，不會閃爍，頻率低時，容易閃爍，兩種情況下佔空比越大，LED 就越亮。」
[PWM ]
在 STM32筆記(19)：定時器 Timer 與定時器中斷 文中提到 STM32 的通用定時器包括 TIM2、TIM3、TIM4、TIM5，每個定時器都有獨立的 4 個通道可以用來作為：輸入捕獲、輸出比較、PWM輸出、單脈衝模式輸出等。用以下通用定時器的方塊圖說明比較容易瞭解。我們將通用計時器分為四個部分:(英文名稱後面的英文版參考手冊的章節，如果是中文版在第 14 章)① 選擇時鐘 Clock selection (15.3.3)
② 時基電路 Time-base unit (15.3.1)
③ 輸入捕獲 Input capture mode (15.3.5)
④ 輸出比較 Output compare mode (15.3.8)
計時器從 0 開始向上計數，當 t0～t1 時，計時器計數器 TIMx_CNT 值小於 CCRx 值，這時輸出為低電位，t1～t2 時，計時器計數器 TIMx_CNT 值大於 CCRx值，輸出高電位。當 TIMx_CNT 值達到 ARR 時，計時器溢位，時間為 t2 ，這時稱為 PWM 的一個週期，在繼續重新向上計數。
產生的波形稱為 PWM 信號，其頻率由內部時鐘、預分頻器和 ARRx 暫存器決定 PWM 週期(在時鐘頻率一定的情況下，當前為預設內部時鐘 CK_INT)，CCRx 則決定 PWM 占空比(高低電平所占整個週期比例)。
PWM 並不總是必須遵循完全相同的 PWM 生成程序，但是，它是非常基本的，並且更容易理解這個概念。它被稱為向上計數PWM模式。我們將在本系列教程中繼續討論更高級的 PWM 生成技術。
再來看一下輸出階段的捕獲/比較頻道 1 放大的方塊圖：
② 計數器值 TIMx_CNT 與通道1 捕獲比較暫存器 CCR1 進行比較，通過比較結果輸出有效電位和無效電位，OC1REF = 0 時為「無效低電位」，OC1REF = 1 時為「有效高電位」。
③ 透過輸出模式控制器產生的信號 TIMx_CCER 暫存器的 CC1P 位，設置輸入/捕獲通道1 輸出極性，CC1P = 0 時為高電位有效，CC1P = 1時為低電位有效。
④ TIMx_CCER：CC1E 位元控制輸出啟用電路，信號由此輸出到對應引腳，0:關閉，1:開啟 。
在整理上面這段時，一直搞不清楚 CC1P、OC1 之間的關係，整理成下表會比較容易理解：
| OC1REF | CC1P | 功能 | OC1 | 描述 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | OC1高電位有效 | 0 (低電位) | 無效 |
| 0 | 1 | OC1低電位有效 | 1 (高電位) | 無效 |
| 1 | 0 | OC1高電位有效 | 1 (高電位) | 有效 |
| 1 | 1 | OC1低電位有效 | 0 (低電位) | 有效 |
[常用的 PWM 函式]
✈ void TIM_OCxInit(TIM_TypeDef *TIMx, TIM_OCInitTypeDef *TIM_OCInitStruct)PWM 通道設置是通過函式(函式名稱的x 需改成 1～4 其中一個數字) TIM_OC1Init()～TIM_OC4Init()來設置的，不同的通道的設置函數不一樣，使用的是通道 1，就使用的函數是 TIM_OC1Init()。
輸出比較結構體 TIM_OCInitTypeDef 用於輸出比較模式，與 TIM_OCxInit 函數配合使用完成指定定時器輸出通道初始化配置。通用定時器有四個定時器通道，使用時都必須單獨設置。
- 引數 TIMx ，x 可以是 1 到 17，除了 6 和 7 以外的 TIM 外設。
對 TIMx 進行初始化，需先定義並填入一個 TIM_OCInitTypeDef 類型的結構體。
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; //定義結構體TIM_OCInitStructure 這個結構體有以下 5 個引數：
| 引數名稱 | 說明 |
|---|---|
| TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = xxx; | 選擇定時器模式，xxx 常用的： TIM_OCMode_Timing TIM_OCMode_Active TIM_OCMode_Inactive TIM_OCMode_Toggle TIM_OCMode_PWM1 TIM_OCMode_PWM2 |
| TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = xxx; | 決定最終的輸出比較信號 OCx 是否通過外部引腳輸出。xxx 可以是以下值： TIM_OutputState_Disable TIM_OutputState_Enable |
| TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = xxx; | 指定輸出極性，當計時器計數值小於 CCR1_Val 時為低電平，xxx 可以是以下值：TIM_OCPolarity_High TIM_OCPolarity_Low |
| TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = n; | 設置初始 PWM 脈衝寬度，實際上就是配置占空比(捕獲比較暫存器1，CCR1)，n 可設定範圍從 0 至 65535。 |
✈ void TIM_OCxPreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);
(函式名稱的x 需改成 1～4 其中一個數字)啟用或禁用 CCRx 上的 TIMx 外設預載暫存器。
- 引數 TIMx ，x 可以是 1 到 17，除了 6 和 7 以外的 TIM 外設。
- 引數 TIM_OCPreload 設定為啟用TIM_OCPreload_Enable 或 TIM_OCPreload_Disable。
✈ void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef *TIMx, uint16_t Compare1)
設定 TIMx 捕獲比對暫存器的值。用來更改 CCR 暫存器的函式，
- 引數 TIMx 的 x 可以是 1 to 17，除了6 和 7 以外。
- 引數 Compare1 是用於與 TIMx 比較的數，相當於用 TIMx 的一個週期的時間減去這個 Compare1，使得 TIMx 的周期從後面開始的Compare1 的時間為 TIMx 的前部分時間的反向。即若前部分時間為高電平，則 Compare1 段所在時間為低電平。若前部分時間為低電平，則Compare1段所在時間為高電平。
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