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PWM（脉宽调制）的配置参数[预分频器\自动重载值]的自动计算

news 来源：原创 2025/6/22 13:48:48

文章目录

  • 前言
  • 一、数据结构
  • 二、二分法搜索最佳预分频器和自动重载值
  • 三、示例

前言

pwm是嵌入式开发过程中很常见的一个模块，而配置pwm的过程中就少不了频率参数的计算，大多数32位机的pwm频率都由时钟、预分频器（prescaler）、自动重载值（autoreload）决定。

不知在座各位如何，反正对我而言每次计算这些参数都很麻烦，虽然公式就在那里。

在这里插入图片描述
那么有什么办法可以方便的计算呢？嗯，当然是交给机器啦，单片机本身也是mcu，让它自己算！！

一、数据结构

搞个简简单单的数据结构放这里，我想的是：

如果对计算时间不敏感，直接搞个局部变量，每次上电对frequency赋设定值和容忍误差，然后丢到一个函数里面计算，得到这个频率下对应的prescaler和autoreload。

如果对时间敏感，那就计算一次，打印出来。然后定义一个结构体常量，里面是这些计算后的参数。这样就相当于编程的时候辅助计算一次，然后固定下来。

typedef struct {uint32_t frequency;			//频率/hzuint32_t errorTolerance;		//容忍误差/hzuint32_t prescaler;			//预分频值uint32_t autoreload;			//重载值
}pwm_config_t;

二、二分法搜索最佳预分频器和自动重载值

代码很简单，目前用起来没什么问题，值得注意的是，timer产生pwm，除了预分频器，还有个分频器哈，这里的分频器是不参与计算的，所有PWM_CLOCK宏的值是过了分频器给timer的时钟频率，我这里默认是1，所以直接是系统时钟。

#define PWM_CLOCK SystemCoreClock
#define PWM_MIN_ARR 100
void calc_pwm_config(pwm_config_t *config) {if (config == NULL || config->frequency == 0) {return;}uint32_t timerClock = PWM_CLOCK;//先赋初值，初始搜索条件uint32_t minPrescaler = 0;uint32_t maxPrescaler = 0xFFFF;while (minPrescaler <= maxPrescaler) {//把预分频器的值设为中间值uint32_t midPrescaler = (minPrescaler + maxPrescaler + 1) / 2;//根据频率，利用上述公式倒推arr周期计数值uint32_t arr = (timerClock / (midPrescaler + 1)) / config->frequency;//xprintf("mid %d arr %d\r\n",midPrescaler,arr);//arr如何在允许的合法范围内if (arr > PWM_MIN_ARR && arr <= 65500) {//根据arr值倒推频率uint32_t actualFreq = timerClock / ((midPrescaler + 1) * arr);//计算误差值uint32_t error = (actualFreq > config->frequency) ? (actualFreq - config->frequency) : (config->frequency - actualFreq);//如果误差合法，则直接锁定当前的预分频值和重载值，返回。if (error <= config->errorTolerance) {config->prescaler = midPrescaler;因为硬件定时器通常从 0 计数到 arr - 1，实际周期为 arr 个时钟config->autoreload = arr - 1; config->errorTolerance = error;return;}//调整搜索方向if (actualFreq > config->frequency) {minPrescaler = midPrescaler + 1;} else {maxPrescaler = midPrescaler - 1;}//xprintf("mid %d arr %d err %d\r\n",midPrescaler,arr,error);}else//调整搜索方向{if (minPrescaler == midPrescaler)break;maxPrescaler = midPrescaler - 1;}}//没有搜索到config->prescaler = 0xFFFF;config->autoreload = 0xFFFF;
}

在这里插入图片描述

三、示例

pwm_config_t freq_config;
freq_config.frequency = 6543;
freq_config.errorTolerance = 5;
calc_pwm_config(&freq_config);
xprintf(".frequency = %d, .errorTolerance = %d, .prescaler = %d, .autoreload = %d\n",freq_config.frequency,freq_config.errorTolerance,freq_config.prescaler,freq_config.autoreload);....省略
TIMCountInit.ClockDivision = LL_TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
TIMCountInit.CounterMode = LL_TIM_COUNTERMODE_UP;
TIMCountInit.Prescaler = freq_config.prescaler;//预分频器
TIMCountInit.Autoreload = freq_config.autoreload;//重载值
TIMCountInit.RepetitionCounter = 0;
LL_TIM_Init(timx, &TIMCountInit);
....省略

搜索过程如下，可见当系统时钟是48M时，Prescaler 设定为27，Autoreload设定为261时，频率最优。

倒推一下 48 / 28 / 262 = 0.00654307。没毛病，超级准的6543hz~~~。

在这里插入图片描述

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