第22章 PWM ADC实验
第二十二章 PWM DAC实验
1. 硬件设计
本章用到的硬件资源有：
-
指示灯DS0
-
KEY_UP和KEY1按键
-
串口
-
TFTLCD模块
-
ADC
-
PWM DAC
本章，我们使用 STM32F4 的 TIM9_CH2(PA3)输出 PWM，经过二阶 RC 滤波后，转换为直流输出，实现 PWM DAC。同上一章一样，我们通过 ADC1 的通道 5（PA5）读取 PWM DAC 的输出，并在 LCD 模块上显示相关数值，通过按键和 USMART 控制 PWM DAC 的输出值。我们需要用到 ADC 采集 DAC 的输出电压，所以需要在硬件上将 PWM DAC 和 ADC短接起来， PWM DAC 部分原理图如图：
2. 软件设计
2.1 初始化ADC
ADC_HandleTypeDef ADC1_Handler; // ADC句柄
// 初始化ADC
// ch: ADC_channels
// 通道值 0~16取值范围为：ADC_CHANNEL_0~ADC_CHANNEL_16
void MY_ADC_Init(void)
{
ADC1_Handler.Instance=ADC1;
ADC1_Handler.Init.ClockPrescaler=ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4; //4分频，ADCCLK=PCLK2/4=90/4=22.5MHZ
ADC1_Handler.Init.Resolution=ADC_RESOLUTION_12B; //12位模式
ADC1_Handler.Init.DataAlign=ADC_DATAALIGN_RIGHT; //右对齐
ADC1_Handler.Init.ScanConvMode=DISABLE; //非扫描模式
ADC1_Handler.Init.EOCSelection=DISABLE; //关闭EOC中断
ADC1_Handler.Init.ContinuousConvMode=DISABLE; //关闭连续转换
ADC1_Handler.Init.NbrOfConversion=1; //1个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列1
ADC1_Handler.Init.DiscontinuousConvMode=DISABLE; //禁止不连续采样模式
ADC1_Handler.Init.NbrOfDiscConversion=0; //不连续采样通道数为0
ADC1_Handler.Init.ExternalTrigConv=ADC_SOFTWARE_START; //软件触发
ADC1_Handler.Init.ExternalTrigConvEdge=ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;//使用软件触发
ADC1_Handler.Init.DMAContinuousRequests=DISABLE; //关闭DMA请求
HAL_ADC_Init(&ADC1_Handler); //初始化
}
// ADC底层驱动，引脚配置，时钟使能
// 此函数会被HAL_ADC_Init()调用
// hadc:ADC句柄
void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
__HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE(); //使能ADC1时钟
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //开启GPIOA时钟
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_5; //PA5
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_ANALOG; //模拟
GPIO_Initure.Pull=GPIO_NOPULL; //不带上下拉
HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);
}
2.2 获取ADC值
// 获得ADC值
// ch: 通道值 0~16，取值范围为：ADC_CHANNEL_0~ADC_CHANNEL_16
// 返回值:转换结果
u16 Get_Adc(u32 ch)
{
ADC_ChannelConfTypeDef ADC1_ChanConf;
ADC1_ChanConf.Channel=ch; //通道
ADC1_ChanConf.Rank=1; //第1个序列，序列1
ADC1_ChanConf.SamplingTime=ADC_SAMPLETIME_480CYCLES; //采样时间
ADC1_ChanConf.Offset=0;
HAL_ADC_ConfigChannel(&ADC1_Handler,&ADC1_ChanConf); //通道配置
HAL_ADC_Start(&ADC1_Handler); //开启ADC
HAL_ADC_PollForConversion(&ADC1_Handler,10); //轮询转换
return (u16)HAL_ADC_GetValue(&ADC1_Handler); //返回最近一次ADC1规则组的转换结果
}
// 获取指定通道的转换值，取times次,然后平均
// times:获取次数
// 返回值:通道ch的times次转换结果平均值
u16 Get_Adc_Average(u32 ch,u8 times)
{
u32 temp_val=0;
u8 t;
for(t=0;t<times;t++)
{
temp_val+=Get_Adc(ch);
delay_ms(5);
}
return temp_val/times;
}
2.3 TIM初始化
// PWM DAC初始化(也就是TIM9通道2初始化)
// PWM输出初始化
// arr：自动重装值
// psc：时钟预分频数
void TIM9_CH2_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{
TIM9_Handler.Instance = TIM9; // 定时器9
TIM9_Handler.Init.Prescaler = psc; // 定时器分频
TIM9_Handler.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;// 向上计数模式
TIM9_Handler.Init.Period = arr; // 自动重装载值
TIM9_Handler.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; // 时钟分频因子
HAL_TIM_PWM_Init(&TIM9_Handler); // 初始化PWM
TIM9_CH2Handler.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; // 模式选择PWM1
TIM9_CH2Handler.Pulse = arr/2; // 设置比较值,此值用来确定占空比，默认比较值为自动重装载值的一半,即占空比为50%
TIM9_CH2Handler.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; // 输出比较极性为高
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TIM9_Handler,&TIM9_CH2Handler,TIM_CHANNEL_2); // 配置TIM9通道2
HAL_TIM_PWM_Start(&TIM9_Handler,TIM_CHANNEL_2);//开启PWM通道2
}
//定时器底层驱动，时钟使能，引脚配置
//此函数会被HAL_TIM_PWM_Init()调用
//htim:定时器句柄
void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
__HAL_RCC_TIM9_CLK_ENABLE(); // 使能定时器9
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 开启GPIOA时钟
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_3; // PA3
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP; // 复用推完输出
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_HIGH; // 高速
GPIO_Initure.Alternate= GPIO_AF3_TIM9;// PA3复用为TIM9_CH2
HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);
}
2.4 设置占空比
// 设置TIM通道2的占空比
// TIM_TypeDef:定时器
// compare:比较值
void TIM_SetTIM9Compare2(u32 compare)
{
TIM9->CCR2 = compare;
}
2.5 主函数
// 设置输出电压
// vol:0~330,代表0~3.3V
void PWM_DAC_Set(u16 vol)
{
double temp=vol;
temp/=100;
temp=temp*256/3.3;
TIM_SetTIM9Compare2(temp);
}
int main(void)
{
u16 adcx;
float temp;
u8 t=0;
u16 pwmval=0;
u8 key;
HAL_Init(); // 初始化HAL库
Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);// 设置时钟,168Mhz
delay_init(168); // 初始化延时函数
uart_init(115200); // 初始化USART
usmart_dev.init(84); // 初始化USMART
LED_Init(); // 初始化LED
KEY_Init(); // 初始化KEY
LCD_Init(); // 初始化LCD
MY_ADC_Init(); // 初始化ADC1
TIM9_CH2_PWM_Init(255,1); // TIM9 PWM初始化, Fpwm=84M/256=328.125Khz.
POINT_COLOR=RED;
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer STM32F4");
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"PWM DAC TEST");
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"WK_UP:+ KEY1:-");
POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色
LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"DAC VAL:");
LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"DAC VOL:0.000V");
LCD_ShowString(30,190,200,16,16,"ADC VOL:0.000V");
TIM_SetTIM9Compare2(pwmval); // 初始值为0
while(1)
{
t++;
key=KEY_Scan(0);
if(key==WKUP_PRES) // WKUP按下
{
if(pwmval<250)pwmval+=10; // 增加10
TIM_SetTIM9Compare2(pwmval);// 输出
}else if(key==KEY1_PRES) // KEY1按下
{
if(pwmval>10)pwmval-=10; // 减少10
else pwmval=0;
TIM_SetTIM9Compare2(pwmval); // 输出
}
if(t==10||key==KEY1_PRES||key==WKUP_PRES) // WKUP/KEY1按下了,或者定时时间到了
{
adcx=HAL_TIM_ReadCapturedValue(&TIM9_Handler,TIM_CHANNEL_2);
LCD_ShowxNum(94,150,adcx,3,16,0); // 显示DAC寄存器值
temp=(float)adcx*(3.3/256);; // 得到DAC电压值
adcx=temp;
LCD_ShowxNum(94,170,temp,1,16,0); // 显示电压值整数部分
temp-=adcx;
temp*=1000;
LCD_ShowxNum(110,170,temp,3,16,0x80); // 显示电压值的小数部分
adcx=Get_Adc_Average(ADC_CHANNEL_5,20); // 得到ADC转换值
temp=(float)adcx*(3.3/4096); // 得到ADC电压值
adcx=temp;
LCD_ShowxNum(94,190,temp,1,16,0); // 显示电压值整数部分
temp-=adcx;
temp*=1000;
LCD_ShowxNum(110,190,temp,3,16,0x80); // 显示电压值的小数部分
t=0;
LED0=!LED0;
}
delay_ms(10);
}
}
此部分代码， 同上一章的基本一样，先对需要用到的模块进行初始化，然后显示一些提示信息，本章我们通过 KEY_UP 和 KEY1（也就是上下键）来实现对 PWM 脉宽的控制，经过 RC 滤波，最终实现对 DAC 输出幅值的控制。按下 KEY_UP 增加，按 KEY1 减小。同时在 LCD 上面显示 TIM4_CCR1 寄存器的值、 PWM DAC 设计输出电压以及 ADC 采集到的实际输出电压。同时 DS0 闪烁，提示程序运行状况。
同时伴随 DS0 的不停闪烁，提示程序在运行。 此时，我们通过按 KEY_UP 按键，可以看到输出电压增大，按 KEY1 则变小。
3. 小结
硬件连接
- PWM 输出：将 PWM 输出引脚连接到负载（如 LED 或电压表）。假设 PWM 使用
PA0引脚。 - ADC 输入：将 ADC 输入引脚连接到负载的相同点（即负载的正极），假设使用
PA1引脚。 - 电源：确保 STM32 微控制器供电（通常为 3.3V）。
代码示例
以下代码演示如何设置 TIM 输出 PWM 信号并通过 ADC 采集电压：
#include "main.h"
// 定义常量
#define PWM_FREQUENCY 1000 // PWM 频率为 1kHz
#define ADC_CHANNEL ADC_CHANNEL_1 // ADC 通道
TIM_HandleTypeDef htim2; // TIM 句柄
ADC_HandleTypeDef hadc1; // ADC 句柄
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_TIM2_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);
int main(void) {
// 初始化 HAL 库
HAL_Init();
// 配置系统时钟
SystemClock_Config();
// 初始化 GPIO、TIM 和 ADC
MX_GPIO_Init();
MX_TIM2_Init();
MX_ADC1_Init();
// 启动 PWM 输出
HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
// 启动 ADC
HAL_ADC_Start(&hadc1);
uint32_t adcValue;
uint32_t pwmValue = 0; // PWM 初始占空比
while (1) {
// 设置 PWM 占空比 (0-1000)
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, pwmValue);
// 读取 ADC 值
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY); // 等待 ADC 转换完成
adcValue = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); // 获取 ADC 值
// 处理 ADC 值
// 这里可以添加代码来处理 adcValue，例如显示或存储
// 简单的 PWM 调整，增加占空比
pwmValue += 10; // 每次增加10，调整步长可自行设置
if (pwmValue > 1000) {
pwmValue = 0; // 重置占空比
}
HAL_Delay(100); // 100毫秒的延时
}
}
// TIM2 初始化函数
static void MX_TIM2_Init(void) {
__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE(); // 启用 TIM2 时钟
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 83; // 84MHz / 84 = 1MHz
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim2.Init.Period = 1000 - 1; // 1kHz
htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
HAL_TIM_Base_Init(&htim2); // 初始化基础 TIM
// PWM 配置
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse = 0; // 初始占空比为0
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1); // 配置通道
}
// ADC 初始化函数
static void MX_ADC1_Init(void) {
__HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE(); // 启用 ADC1 时钟
ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
hadc1.Instance = ADC1;
hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV2; // 选择 ADC 时钟
hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B; // 设置分辨率
hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE; // 单通道模式
hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE; // 连续转换模式
hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE; // 禁用不连续模式
hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE; // 禁用外部触发
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START; // 软件启动
hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; // 数据对齐
hadc1.Init.NbrOfConversion = 1; // 单通道
HAL_ADC_Init(&hadc1); // 初始化 ADC
// 配置 ADC 通道
sConfig.Channel = ADC_CHANNEL; // 设置通道
sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1; // 常规通道
sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES; // 采样时间
HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig); // 配置通道
}
// GPIO 初始化函数
static void MX_GPIO_Init(void) {
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 启用 GPIOA 时钟
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0; // PWM 输出引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; // 复用推挽输出
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; // 不使用上拉或下拉电阻
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; // 低速
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 初始化 PWM 引脚
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1; // ADC 输入引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG; // 模拟模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; // 不使用上拉或下拉电阻
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 初始化 ADC 引脚
}
// 系统时钟配置函数
void SystemClock_Config(void) {
// 配置系统时钟，具体配置根据你的开发板和时钟要求
}
