STM32F4: Configurar el PWM con Timers

pwm-duty

Un timer no es más que un contador. Es como un reloj que se usa para medir eventos temporales. Se configura a través de unos registros especiales y se puede elegir, entre otras cosas, su modo de funcionamiento.

En el ejemplo de hoy vamos a trabajar con la placa de desarrollo 32F411-DISCOVERY y nuestro objetivo va a ser aprender a configurar el TIM4 en modo PWM para controlar la intensidad de luz del led Naranja que viene integrado en la placa.

Esta placa está basada en el microcontrolador STM32F411 el cual dispone de hasta 11 Timers, de los cuales 6 pueden ser de 16 bits, y 2 de 32 bits, cada uno con hasta 4 canales de IC/OC/PWM o contador de pulsos. Además de 2 timers watchdog y un Systick Timer.

A través del software CubeMX activaremos el PWM Generation CH2 del TIM4 en la pestaña Pinout. Además de que asociaremos el pin PD13 la función alternativa de TIM4_CH2 (Channe2 PWM Generation CH2).

timers1

Con esto habremos conseguido dos cosas: por un lado configurar el canal 2 del Timer4 en modo PWM, y por otro lado asociar la salida del PWM al pin PD13, que es donde se encuentra el led naranja.

Tras esto pasamos a la pestaña Configuration y ahí configuramos el control del TIM4. Dentro de la pestaña de Parameter Settings hay 3 parámetros numéricos que debemos entender para configurarlos correctamente.

Prescaler (PSC – 16 bits value).

Con este valor podemos fijar la frecuencia del reloj asociado al Timer dividiendo la frecuencia del reloj de sistema.

Counter Period (AutoReload Register – 16 bits value).

Será el valor en el cual nuestro Timer saltará y nos avisará de alguna forma, ya sea reiniciándose o lanzando una interrupcion, etc.

Pulse (16 bits value).

Con este valor podemos fijar el ciclo de trabajo de nuestro PWM.

  • FreqTimer = FreqClock / (Prescaler + 1)
  • Prescaler = (FreqClock / FreqTimer) – 1
  • FreqPWM = FreqTimer / (CounterPeriod + 1)
  • Period = (FreqTimer / FreqPWM) – 1
  • Pulse = ((Period + 1) * DutyCicle) / 100 – 1
Queremos llevar a cabo dos ejemplos, por un lado queremos ver parpadear el led a varios ciclos de trabajo diferentes, y por otro lado queremos configurar un dimmer del led.
 

Ejemplo 1. Parpadeo del led.

Para el parpadeo del led queremos un periodo de trabajo lento para que nos de tiempo a ver esa conmutación entre encendido y apagado del led. Es por ello que hemos fijado el la Frecuencia del PWM a 1Hz. Luego, para hacer el resto de operaciones más fáciles hemos fijado la FreqTimer a 10 Khz. Con estos datos y usando las ecuaciones anteriores obtenemos:

  • APB2 timer clocks = 96 Mhz
  • Objetivo de PWM Freq = 1 Hz
  • Prescaler = 9599
  • Period = 9999

Para poder ver el cambio de parpadeo del led usaremos estos tres valores de Pulse (% Duty cicle). Estos cambios se podrían hacer en tiempo de ejecución.

  • Pulse: 99 (1%), 4999 (50%), 9899 (99%)

Ejemplo 2. Dimmer del led.

En este caso queremos que el periodo de trabajo sera muy pequeño para que las transiciones sean fluidas para el ojo humano. Es por ello que en este ejemplo hemos fijado la Frecuencia del PWM a 10 Khz. Luego, para hacer el resto de operaciones más fáciles hemos fijado la FreqTimer a 2 Mhz. Con estos datos y usando las ecuaciones anteriores obtenemos:

timers2

  • APB2 timer clocks = 96 Mhz
  • Objetivo de PWM Freq = 10 Khz
  • Prescaler = 47
  • Period = 199

Para poder ver un dimmer en el led recorreremos todos los valores posible de Pulse (% Duty cicle). Este cambio de valor hay que hacerlo en tiempo de ejecución.

  • Pulse: 0 (0%)-199 (100%)

Ejecución de los ejemplos

Una vez hemos generado la plantilla de código con CubeMX es momento de continuar en Eclipse.

Ahora debemos tener en cuenta que para que el PWM se ponga en funcionamiento tenemos que llamar a la función 

Y para poder hacer cambios en el valor de Pulse en tiempo de ejecución debemos llamar a la macro 

STM32F4: Primeros pasos con el entorno de desarrollo

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En el tutorial que vamos a llevar a cabo hoy veremos como instalar todas las herramientas de desarrollo para poner en marcha la placa de desarrollo 32F411-DISCOVERY. Una vez tengamos todas las herramientas instaladas procederemos a compilar y ejecutar un programa que haga parpadear un led.

Unos de los entornos de desarrollo integrado (IDE) que nosotros usamos en el B105 es eclipse. Para trabajar y poder compilar de forma cruzada para los STM32 existe una versión de eclipse que contiene todos los plugins y librerias necesarias para trabajar con dispositivos de STM llamada System Workbench for STM32 (SW4STM32). Es una herramienta gratuita que debéis descargar e instalar en vuestro ordenador. Para poder descargarla tendréis que registraros en la web. Es posible, que si no lo tenéis instalado todavía, tengáis que instalar Java en vuestro ordenador.

eclpse

 

Ahora procedemos a descargar e instalar el software STM32CubeMX que no es más que un generador de código de inicialización para los microcontroladores y plataformas de desarrollo de ST. Con este software podremos crear el código inicial con las capas de abstracción hardware con las que queremos inicializar nuestra plataforma.

cubmxAl instalar SW4STM32 y CubeMX se nos deberían instalar los drivers correspondientes para poder usar el programador integrado en la placa Discovery para el STM-Link v2 o v2.1.

Proyecto Toggle Led

Abrimos CubeMX y creamos un nuevo proyecto. En la pestaña Board Selector elegimos nuestra placa STM32F411E-DISCO.

cubemx1

 

A través de este software se pueden activar y desactivar los periféricos y los middlewares disponibles en el microcontrolador STM32F411. Además se pueden asociar los periféricos y funciones a los pines, o asignar funciones alternativas a un pin tales como: GPIO de salida, entrada, de interrupción, analógico, de PWM, etc.

Antes de configurar nada del microcontrolador vamos a configurar el programa para que nos genere el código con la estructura correcta. Para ellos entraremos en Project Settings, pondremos un nombre a nuestro proyecto en Project Name, por ejemplo Toggle Led. En Toolchain/IDE seleccionaremos SW4STM32 y desactivamos el Generate Under Root.

Bajo la pestaña Code Generator seleccionamos Copy only the necessary library files, Generate peripheral initialization as a pair of ‘.c/.h’, Keep user code when re-generating y Delete previously generated files when not re-generated. Aceptamos la configuración.

Ahora nos fijaremos en el pin PD12, que está asociado al led verde. Comprobamos que está en modo GPIO_Output. Y ahora simplemente confiamos que el resto de configuraciones por defecto son correctas.

Generamos el código pulsando sobre Project -> Generate Code. El programa comenzará a generar todo el código y al finalizar, en el cuadro emergente pulsaremos sobre abrir proyecto. Esto nos debe abrir e incluir el proyecto en SW4STM32 (Eclipse).

Podemos ver como tenemos una estructura de directorios y ficheros que nos ha generado CubeMX con todos los drivers y librerias necesarias para nuestro sencillo proyecto. Si abrimos el main.c podemos ver que hay muchas líneas que dicen USER CODE BEGIN/END.

eclipse2

 

Es muy importante que todo el código que escribamos lo hagamos centro del bloque BEGIN/END. De lo contrario, cuando volvamos a generar código CubeMX lo sobreescribirá y no lo conservará.

En la inicialización vemos que se hace la llamada a MX_GPIO_Init(), con eclipse si mantenemos pulsado la tecla Ctrl mientras hacemos click sobre las función, nos abrirá su definición. Y la leemos un poco podemos ver una sección donde se define la funcionalidad del LD4_Pin asociado al puerto GPIOD y pin GPIO_PIN_12 que en nuestro caso es el GPIO asociado al Led Verde.

Si ahora accedemos a la definición de HAL_GPIO_Init() nos abrirá el fichero stm32f4xx_hal_gpio.c donde podemos ver todas las funciones de la HAL que nos ha generado CubeMX, entre ellas las de Read, Write y Toggle de un GPIO.

En nuestro caso, dentro del while(1) del main() haremos uso de HAL_GPIO_TogglePin(GPIOD, GPIO_PIN_12) para hacer parpadear el led. Para que podamos visualizarlo tendremos que poner un HAL_Delay(500).

Solo nos falta compilar, y debuguear en Ac6 STM32 C/C++ Application. Y con eso podremos ver parpadear nuestro led verde cada 0.5 segundos en nuestra plataforma de desarrollo.