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: Interrupción externa

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En el ejemplo de hoy veremos como asociar la generación de una interrupción externa al botón de usuario que hay en la placa de desarrollo 32F411-DISCOVERY. Después vincularemos a la atención de esa interrupción el toggle del led rojo.

Empezaremos configurando CubeMX, donde ya por defecto nos han puesto el GPIO PA0 configurado como GPIO_EXTI0 que indica que ese pin está configurado como interrupción externa. 

Para ello en la pestaña Configuration, dentro de la configuración de GPIO seleccionamos el pin PA0-WKUP y lo configuramos en modo External Interrupt Mode with Rising edge trigger detection, No pull-up and no pull-down.

Ahora debemos activar dicha interrupción bajo la pestaña Configuration, en la configuración de NVIC, debemos activar la línea EXTI line0 interrupt

Activando estas opciones en CubeMX nos generará el código correspondiente a la inicialización del sistema y activará la interrupción asociada a la linea 0, que en nuestra placa está vinculada al botón de usuario.

Si abrimos el fichero main.c y pinchamos sobre la definición de la función MX_GPIO_Init() podemos ver dos líneas al final del método que fijan la prioridad y activan la interrupción.

Si abrimos el fichero stm32f4xx_it.c podemos ver como ha aparecido una función para la gestión de la interrupción EXTI line0. Si pulsamos sobre la definición de HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(), nos lleva a otro método que limpia el flag de interrupción asociado al GPIO que ha generado la interrupción y llama a su callback asociado HAL_GPIO_EXTI_Callback(). Si vamos a la definición de esta última función vemos que está definida como tipo __weak y en un comentario nos dicen que debe ser implementada en espacio de usuario.

Como nosotros somos muy obedientes copiamos la definición de la función y nos lo llevamos al fichero gpio.c donde dentro del USER CODE 2 pegamos:

A este callback acudirá nuestro programa cuando se detecte una pulsación del botón. Ya que es recomendable hacer el mínimo de operaciones dentro del callback de una interrupción, en este callback sólo realizaremos la operación de toggle del led.

Para ello, dentro de este callback haremos la llamada a HAL_GPIO_TogglePin(GPIOD, GPIO_PIN_14). De esta forma cada vez que se pulse el botón de usuario el led rojo de la placa debe conmutar.

Se deja al lector la resolución de varios problemas tales como el sistema antirebotes software que habría que poner asociado a las interrupciones que se generan a través del botón, o el problema asociado a que dentro del callback habrá que distinguir entre los diferentes GPIOs que generen interrupción.

Solo nos falta compilar, y debuguear en Ac6 STM32 C/C++ Application. Y con eso podremos ver conmutar el led rojo de la placa cada vez que pulsamos el botón de usuario.