前言

在上一篇中已經介紹過基本的 Timer 用法，而 Timer 除了單純的定時外，最常見的應用就是產生 PWM（Pulse width modulation）訊號。

在使用 PWM 時我們會需要控制兩種參數：頻率與 Duty Cycle（佔空比）。頻率的部分和 Timer 一樣，由 TIMx_PSC 與 TIMx_ARR 暫存器的值來設定，而 Duty Cycle 則由 TIMx_CCRx 暫存器來指定。

這篇會先從理論的部分說明要如何計算並設定 CCR 的值以精確地控制 Duty Cycle。

CCR 暫存器

當我們要使用 PWM 時，我們最在意的是 PWM 的頻率與 Duty Cycle。在 STM32 中，PWM 由 Timer 產生，其頻率的計算方式與 Timer 的部分一樣，這裡就不再贅述，可以參考之前的文章。

而 Duty Cycle 由 CCR（Capture/Compare Register，捕獲/比較暫存器） 來控制。

The reference PWM signal OCxREF is high as long as TIMx_CNT < TIMx_CCRx else it becomes low.

在邊緣對齊、上數模式及 PWM mode 1 下，只要 Counter 的計數值 CNT < CCR，那 PWM 就會輸出 High，否則輸出 Low。而 PWM mode 2 模式可以視爲 mode 1 的反相——只要 Counter 的計數值 CNT < CCR，那 PWM 就會輸出 Low，否則輸出 High。

▲ PWM 的波形範例，上數 PWM mode 1 模式。取自 RM0390。

若 ARR = 9，CCR = 5，在 CNT = 0~4（共 5 次計數） 時會是 High，CNT = 5~9（共 5 次計數） 時會是 Low，此時的 Duty Cycle 是 50%。

假設 ARR = 99，CCR = 30，在 CNT = 0~29（共 30 次計數）時會是 High，CNT = 30~99（共 70 次計數）時會是 Low，此時的 Duty Cycle 是 30%。

再假設 ARR = 499，CCR = 350，在 CNT = 0~349（共 350 次計數）時會是 High，CNT = 350~499（共 150 次計數）時會是 Low，此時的 Duty Cycle 是 70%。

由此可以得知其關係爲：
Duty_Cycle% = CCR / (ARR + 1) * 100%
所以
CCR = (ARR + 1) * Duty_Cycle% / 100%

因此我們只要照著這個公式去設定 CCR 的值就可以了。

從上面的關係式也可以發現，Duty Cycle 的控制精度與 ARR 值有關。若 ARR = 9，那 Duty Cycle 只能以 10% 爲單位進行調整；若 ARR = 999，那 Duty Cycle 就能以 0.1% 爲單位進行調整。因此實際在使用時 ARR 的值不能太小，不然 Duty Cycle 的調整刻度會太大。

實際上在使用 PWM 時可以依照以下的方向來設定數值：

• CCR 決定 Duty Cycle。
• ARR 決定 Duty Cycle 的控制精度。
• PSC 配合 ARR 以決定頻率。

小結

這次介紹了 STM32 的 PWM 用法，PWM 是 Timer 的延伸功能，因此大部分的設定都和 Timer 有關，如果 Timer 有理解的話 PWM 應該不會太難。

參考資料

• STM32F446RE datasheet (DS10693)
• STM32F446xx reference manual (RM0390)
• STM32F103RB datasheet (DS5319)
• STM32 Nucleo-64 board user manual (UM1724)

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