什么是PWM？

核心提示：文章目录一. STM32的DMA PWM原理1. DMA简介2. DMA方式输出PWM是怎么回事3. HAL库DMA配置PWM的几个函数二. STM32CubeMx配置 DMA PWM三. 波形调试过程分析一. STM32的DMA PWM原理最开始疑惑过STM32如何才能实现精确数量的脉冲输出从而控制步进电机，直到做WS2812B灯珠的驱动程序时才知道原来有DMA-PWM模式。使用DMA输出PWM可以精确控制脉冲数量，且可以精确控制脉冲周期与占空比，更重要的是使用DMA传输不消耗CPU资源。

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一. STM32的DMA PWM原理1. DMA简介2. DMA方式输出PWM是怎么回事3. HAL库DMA配置PWM的几个函数二. STM32CubeMx配置 DMA PWM三. 波形调试过程分析

一. STM32的DMA PWM原理

最开始疑惑过STM32如何才能实现精确数量的脉冲输出从而控制步进电机，直到做WS2812B灯珠的驱动程序时才知道原来有DMA-PWM模式。使用DMA输出PWM可以精确控制脉冲数量，且可以精确控制脉冲周期与占空比，更重要的是使用DMA传输不消耗CPU资源。于是乎上网搜索资源与教程，遗憾的是网上的教程要么语焉不详，要么代码不全，要么只讲表层不讲原理。秉承自己动手丰衣足食的古训，于是去翻阅参考手册，从DMA章节看到定时器章节，结合代码实战，总算搞清些端倪，也分享一下在此过程中遇到的问题。

1. DMA简介

官方释义：DMA，全称为：Direct Memory Access，即直接存储器访问。DMA 传输方式无需 CPU 直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为 RAM 与 I/O 设备开辟一条直接传送数据的通路， 能使 CPU 的效率大为提高。下面这张图是网上流行的摘自参考手册上的DMA框图。

STM32F1系列有两个DMA，分别有7个通道和5个通道（Channel）。F7系列每个DMA分别有8个数据流（StreamX），每个数据流对应8个通道（CHannel），这里稍微区分一下两个系列的表述，F1所说的Channel应该对应F7中的Stream。例如DMA1的通道对应表如下。STM32的ADC、SPI、IIS、USART、IIC、TIM、DAC等数据传输外设都可以设置为DMA方式传输，在手动配置的时候查表选择通道即可，当然如果用Cubemx工具的话就会自动选择了。

DMA传输有什么好处？举个例子，使用HAL_UART_Transmit()和HAL_UART_Transmit_DMA()，前者使用普通模式，CPU会进入执行函数，直到数据传输完成退出，然后才执行下一条指令。后者使用DMA传输，DMA启动传输之后CPU就不管了，直接往下执行其他指令。CPU干什么呢？只需要处理DMA传输完成、半传输完成、传输错误等中断，或者通过查询寄存器检查DMA传输到啥情况了。是不是瞬间快起来了！

2. DMA方式输出PWM是怎么回事

使用DMA传输数据很好理解，为什么DMA可以控制PWM脉冲数量和占空比呢？这里我们回归本质，在DMA控制PWM输出的过程中，DMA依然传输的是数据，只不过它送过去的是比较值，即TIMx_CCRx的值，这个值不用多解释了，和自动重装载寄存器（TIMx_ARR）的值分别决定周期和占空比。看一下手册中定时器的DMA连续传送模式的解释。

注意黄色部分，什么是更新事件？回顾一下，在向上计数模式下当计数到自动重装载值就会发生更新事件（溢出）。也就是说每单个PWM波结束后就会自动将比较值设置成DMA传输来的数据。以本例设置的周期1ms为例，设置send_Buf[] = {10,20,30,…,100}，最终的波形就是高电平时间分别为10,20,30,…100us的十个方波。很简单有木有！！

3. HAL库DMA配置PWM的几个函数

说实话使用HAL库还是有点弯弯绕，很多操作层层封装，可能用寄存器几句代码的事情到了HAL库要调用好几个函数转几道弯，但这也是大势所趋吧，将底层都封装起来，让用户专注于应用程序。最近用Cubemx自动生成代码的感觉就是，真香！！

搬运stm32F7xx_hal_tim.h中的函数定义，以下分别是以阻塞模式、中断模式、DMA模式启动和停止PWM。

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Stop(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Stop_IT(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start_DMA(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel, uint32_t *pData, uint16_t Length);

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Stop_DMA(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);

以下是中断回调函数的声明，这里我们只关注void

HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);每次PWM输出完成之后调用这个函数，在中断里面我们需要调用HAL_TIM_PWM_Stop_DMA(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)停止DMA传输，否则它不会自己停止的。

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

void HAL_TIM_OC_DelayElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

void HAL_TIM_TriggerCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

void HAL_TIM_ErrorCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

二. STM32CubeMx配置 DMA PWM

以STM32F1和F7系列板子为例进行测试，经过测试两者配置基本是一样的，结果也是一样，所以这里以F1为例讲解。

如图，新建基于STM32F103ZET6的工程，先进行时钟配置，系统时钟设定到最大72MHz。

然后设置定时器，我使用的是T2，四个通道都选上了，根据需要来即可。分频系数设为71，即72分频，pwm频率1MHz，自动重装载值为1000，得到周期为1ms.

接下来设置DMA，如图，四个通道DMA都选上了，这里CH2和CH4共用了一个通道，暂且不管它。

可以看到此时DMA中断已经开启

此外如果使用ST-Link下载程序，注意图示这个地方设置debug模式为Serial Wire，不然会出现ST-Link只能下载一次程序的情况。

到此设置完毕，点击GENERATE CODE即可。

三. 波形调试过程分析

打开工程，可以看到TIM的初始化和DMA的初始化函数，这里在main函数中调用HAL_TIM_PWM_Start函数就可以正常输出连续波形了。

HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1)

调用__HAL_TIM_SET_COMPARE函数可以改变占空比

__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2,TIM_CHANNEL_1,200);

如设置成200，则高电平时间为200us，占空比为200/1000。

因为我们要使用DMA方式，在main函数中定义一个发送数据缓冲区

#define NUM 21

uint32_t send_Buf[NUM] = { 0};

在main函数中增加以下代码

for (i = 0; i < NUM; i++)

{ 

  send_Buf[i] = 20 * (i + 1);

}

while (1)

{ 

HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); 

HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); 

HAL_Delay(200);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); 

HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); 

HAL_Delay(200);

HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim2, TIM_CHANNEL_3,(uint32_t*)send_Buf,NUM);

}

添加如下函数

// PWM DMA 完成回调函数

void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)

{ 

HAL_TIM_PWM_Stop_DMA(&htim2, TIM_CHANNEL_3);

}

这就是第一部分讲的需要在回调函数中调用HAL_TIM_PWM_Stop_DMA函数停止PWM输出。理论上讲到这里应该如我们所愿输出期望波形了，也就是占空比递增的21个波。但遗憾的是我的波是这样的：

三个问题：（1）数据只有一半；（2）波的周期变成了正常的两倍（2ms）（3）最后一个数据跑到最前边了。

生气ing…

于是开始调bug，第一个问题发现了，由于HAL_TIM_PWM_Start_DMA(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel, uint32_t *pData, uint16_t Length);函数中的发送数据指针是指向32位的，我的send_Buf也是定义的32位，但是DMA传输我的设置是半字16位，如图示。

也就是从uint32_t *pData开始指针每移一位，地址偏移两个字节。这样就能解释上面的第一二问题，因为希望传输的数据是{sendBuf[0],sendBuf[1], …,sendBuf[20]}，实际传输的数据却是：sendBuf[0]低16位sendBuf[0]高16位（即0）…sendBuf[9]低16位sendBuf[9]高16位（即0）sendBuf[10]低16位

接下来修改传输字宽为Word（32）位，或者把send_Buf改为uint16_t型，经测试结果都对了，如图所示。所以提醒朋友们，DMA传输位宽和定义的缓冲区位宽一定要一致！！DMA传输位宽和定义的缓冲区位宽一定要一致！！DMA传输位宽和定义的缓冲区位宽一定要一致！！

问题3依然存在，于是把最后一个数据改为0试试，添加send_Buf[NUM - 1] = 0;波形正常了。

原因尚不清楚，是不是因为DMA传输的起始和结束有什么不稳定因素，既然如此，那就每次在正常数据后面补一个或者多个0就行了。不影响使用。

至此DMA控制PWM输出成功