第34章 高级定时器-DMA控制实验

第三十四章 高级定时器-DMA控制实验

1. 硬件设计

TIM和DMA均输入内部资源，无需硬件设计，还使用了按键，已经分析过了

2. 软件设计

2.1 编程大纲

1. TIM和DMA相关参数宏定义

2. TIM GPIO及DMA Mode配置

3. TIM Mode配置

4. 主函数测

2.2 代码分析

2.2.1 相关参数宏定义

#ifndef __ATIM_H
#define __ATIM_H

#include "stm32f10x.h"

/* TIM1输出比较通道1 */
#define ATIMx TIM1
#define ATIM_CLK RCC_APB2Periph_TIM1
#define ATIM_CH1_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOA
#define ATIM_CH1_GPIO_PORT GPIOA
#define ATIM_CH1_GPIO_PIN GPIO_Pin_8

/* DMA配置*/
#define ATIM_DMA_ADDRESS TIM1_BASE+0x34
#define ATIM_DMA_BufferSize 3
#define ATIM_DMA_CLK RCC_AHBPeriph_DMA1
#define ATIM_DMA_Channel DMA1_Channel2

void ATIMx_Init(void);

#endif /* __ATIM_H */

2.2.2 高级定时器初始化，DMA初始化

static void ATIM_GPIO_Init(void)
{
  // CH1 GPIO Configuration
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(ATIM_CH1_GPIO_CLK, ENABLE);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ATIM_CH1_GPIO_PIN;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(ATIM_CH1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
  // DMA Configuration
  DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
  RCC_AHBPeriphClockCmd(ATIM_DMA_CLK, ENABLE);
  DMA_DeInit(ATIM_DMA_Channel);
  // DMA配置
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(ATIM_DMA_ADDRESS); // 设置DMA源地址：TIM的CCR寄存器
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)ATIM_Buffer; // 设置DMA目的地址：ATIM_Buffer
  DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST; // 设置DMA传输方向：从内存到外设
  DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ATIM_DMA_BufferSize; // 设置DMA传输数据长度
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
  DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
  DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
  DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
  DMA_Init(ATIM_DMA_Channel, &DMA_InitStructure);
}

 // DMA初始化
 // DMA时钟使能
  RCC_AHBPeriphClockCmd(TIM_DMA_CLK, ENABLE);    
  DMA_DeInit(TIM_DMA_STREAM);

  // 设置DMA源地址：TIM的CCR寄存器地址
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(TIM_DMA_ADDRESS) ;
  // 内存地址(要传输的变量的指针)
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)aSRC_Buffer;
  // 方向：从内存到外设    
  DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;
  // 传输数目    
  DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = TIM_DMA_BUFSIZE; // 3
  // 外设地址不增    
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
  // 内存地址自增
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
  // 外设数据单位    
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
  // 内存数据单位
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
  // DMA模式，一次或者循环模式
  DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
  // 优先级：中
  DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;
  // 禁止内存到内存的传输
  DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable ;
  // 配置DMA通道    
  DMA_Init(TIM_DMA_STREAM, &DMA_InitStructure);
}

2.2.3 高级定时器模式配置

static void ATIM_Mode_Init(void)
{
  // 时基结构初始化
  TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(ATIM_CLK, ENABLE);
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000-1;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 7200-1;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
  TIM_TimeBaseInit(ATIMx, &TIM_TimeBaseStructure);
  // 输出PWM模式配置
  TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
  TIM_OC1Init(ATIMx, &TIM_OCInitStructure);
  TIM_OC1PreloadConfig(ATIMx, TIM_OCPreload_Enable);
  TIM_Cmd(ATIMx, ENABLE);
  // DMA使能
  DMA_Cmd(ATIM_DMA_Channel, ENABLE);
  TIM_DMACmd(ATIMx, TIM_DMA_CC1, ENABLE);
  TIM_CtrlPWMOutputs(ATIMx, ENABLE); // 使能PWM输出
}

2.2.4 主函数

#include "stm32f10x.h"
#include "atim.h"
#include "key.h" 

extern uint16_t ATIM_Buffer[3];

int main(void)
{
  KEY_GPIO_Init();
  ATIMx_Init();
  while(1)
  {
    if(KEY_Scan(KEY1_GPIO, KEY1_GPIO_PIN) == KEY_ON)
    {
      ATIM_Buffer[0] = 800;
      ATIM_Buffer[1] = 800;
      ATIM_Buffer[2] = 100;
    }
    if(KEY_Scan(KEY2_GPIO, KEY2_GPIO_PIN) == KEY_ON)
    {
      ATIM_Buffer[0] = 300;
      ATIM_Buffer[1] = 300;
      ATIM_Buffer[2] = 100;
    }
  }
}

检查按键按下后，修改数组的值，从而改变PWM波形

3. 小结

3.1 实验目标

1. 配置高级定时器生成PWM信号。
2. 使用DMA来自动更新PWM的占空比。
3. 按下不同的按键来改变PWM信号的占空比。

3.2 硬件要求

1. STM32微控制器（例如STM32F4系列）。
2. 两个按键，连接到GPIO端口。
3. 一个LED或示波器，连接到PWM输出引脚以观察PWM信号。

3.3 实验步骤

1. 系统时钟配置

确保系统时钟配置正确，以提供足够的时钟给定时器和DMA。

2. GPIO配置

配置用于PWM输出的GPIO引脚及按键引脚。

3. 定时器配置

配置高级定时器以生成PWM信号。

4. DMA配置

配置DMA以在定时器更新事件时自动更新PWM的占空比。

5. 按键扫描

配置GPIO扫描按键状态，并根据按键状态改变PWM波形。

6. 主程序

实现主程序逻辑，管理按键输入和PWM波形更新。

3.4 代码示例

以下代码示例基于STM32F4系列微控制器，使用HAL库（硬件抽象层）来配置硬件资源。根据你的具体微控制器型号和开发环境，你可能需要调整代码。

#include "stm32f4xx_hal.h"

// 定义按键状态
#define KEY1_GPIO_PORT GPIOA
#define KEY1_GPIO_PIN GPIO_PIN_0
#define KEY2_GPIO_PORT GPIOA
#define KEY2_GPIO_PIN GPIO_PIN_1

// 定义PWM占空比数组
uint16_t aSRC_Buffer[3] = {1000, 1000, 100};

// 函数声明
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_DMA_Init(void);
static void MX_TIM1_Init(void);
static void MX_NVIC_Init(void);

// 定时器和DMA句柄
TIM_HandleTypeDef htim1;
DMA_HandleTypeDef hdma_tim1_up;

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_DMA_Init();
    MX_TIM1_Init();
    MX_NVIC_Init();

    // 启动定时器和DMA
    HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim1, TIM_CHANNEL_1, (uint32_t*)aSRC_Buffer, 3);

    while (1)
    {
        if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_PORT, KEY1_GPIO_PIN) == GPIO_PIN_SET)
        {
            // 按下按键1
            aSRC_Buffer[0] = 1000;
            aSRC_Buffer[1] = 1000;
            aSRC_Buffer[2] = 100;
        }
        else if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_PORT, KEY2_GPIO_PIN) == GPIO_PIN_SET)
        {
            // 按下按键2
            aSRC_Buffer[0] = 300;
            aSRC_Buffer[1] = 300;
            aSRC_Buffer[2] = 100;
        }

        HAL_Delay(100);  // 延时去抖动和减少CPU占用
    }
}

// 定时器1初始化函数
static void MX_TIM1_Init(void)
{
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

    htim1.Instance = TIM1;
    htim1.Init.Prescaler = 8399;  // 根据时钟频率调整
    htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim1.Init.Period = 9999;     // 根据PWM频率调整
    htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    htim1.Init.RepetitionCounter = 0;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);

    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 0;  // 初始占空比
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    sConfigOC.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_RESET;
    sConfigOC.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
}

// DMA初始化函数
static void MX_DMA_Init(void)
{
    __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();

    hdma_tim1_up.Instance = DMA2_Stream5;
    hdma_tim1_up.Init.Channel = DMA_CHANNEL_6;
    hdma_tim1_up.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
    hdma_tim1_up.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    hdma_tim1_up.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    hdma_tim1_up.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
    hdma_tim1_up.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
    hdma_tim1_up.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;
    hdma_tim1_up.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
    hdma_tim1_up.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;
    HAL_DMA_Init(&hdma_tim1_up);

    __HAL_LINKDMA(&htim1, hdma[TIM_DMA_ID_UPDATE], hdma_tim1_up);
}

// GPIO初始化函数
static void MX_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1;  // 配置按键引脚
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 配置PWM输出引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8;  // 根据你的引脚配置
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF1_TIM1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

// NVIC初始化函数
static void MX_NVIC_Init(void)
{
    HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Stream5_IRQn, 0, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream5_IRQn);
}

// 时钟配置函数
void SystemClock_Config(void)
{
    // 根据你的系统时钟设置代码
}

// DMA中断处理函数
void DMA2_Stream5_IRQHandler(void)
{
    HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_tim1_up);
}

3.5 代码解释

1. MX_TIM1_Init: 初始化定时器1为PWM模式，设置PWM周期和初始占空比。

2. MX_DMA_Init: 初始化DMA，设置内存到外设传输模式，配置为循环模式。

3. MX_GPIO_Init: 配置GPIO引脚用于按键输入和PWM输出。

4. main函数: 启动PWM和DMA，监控按键状态，并根据按键输入改变PWM占空比。每次修改 aSRC_Buffer 后，DMA会自动更新PWM信号。

5. SystemClock_Config: 配置系统时钟，根据你的实际硬件和时钟频率进行设置。

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2024.9.14 第一次修订，后期不再维护

2025.1.28 修订代码