Keil MDK STM32系列(八) 基于抽象外設庫HAL的PWM和定時器輸出音頻

Keil MDK 系列

• Keil MDK STM32系列(一) 基于标準外設庫SPL的STM32F103開發
• Keil MDK STM32系列(二) 基于标準外設庫SPL的STM32F401開發
• Keil MDK STM32系列(三) 基于标準外設庫SPL的STM32F407開發
• Keil MDK STM32系列(四) 基于抽象外設庫HAL的STM32F401開發
• Keil MDK STM32系列(五) 使用STM32CubeMX建立項目基礎結構
• Keil MDK STM32系列(六) 基于抽象外設庫HAL的ADC模數轉換
• Keil MDK STM32系列(七) 基于抽象外設庫HAL的PWM和定時器

配置STM32F401通過PWM和TIM輸出音頻

機制

• 音頻使用一個預生成的的8bit無符号數組, 采樣率為8KHz
• 輸出包含兩部分, 一部分是TIM2産生連續的PWM, PWM分辨率設定為256, 正好對應8bit PCM采樣
• 輸出的第二部分是TIM3産生的定時中斷, 中斷的頻率正好是8KHz, 每次中斷都修改一次PWM的占空比
• 通過調節PWM頻率可以調節輸出音質, PWM頻率越高音質越好(諧振頻率越遠離音頻)
• 通過調節PWM分辨率可以調節音量, PWM分辨率越高, 音量越低

配置STM32CubeMX

選擇晶片STM32F401CCU6, 建立新項目

系統時鐘

• System Core -> SYS-> Debug: Serial Wire
• System Core -> RCC-> High Speed Clock (HSE): Crystal/Ceramic Resonator 啟用外接高速晶振
• Clock Configuration: (配置為最高84MHz)選擇外部晶振, 連接配接HSE和PLLCLK, 在HCLK上輸入84回車, 軟體會自動調節各節點倍數

PWM(使用TIM2)

• Timers -> TIM2
• Clock Source: Internel Clock, 使用系統的時鐘源
  • Channel1: PWM Generation CH1
  • Counter Settings PWM頻率 = 84MHz / (Perscaler + 1) / (Counter Period + 1)
    • Perscaler: 0
    • Counter Mode: Up
    • Counter Period: 255
    • Internal Clock Division(CKD): No Division
    • auto-reload preload: Enable
  • Trigger Output
    • Master/Slave Mode (MSM bit): Disable
    • Trigger Event Selection: Reset (UG bit from TIMx_EGR)
• PWM Generation Channel 1
  • Mode: PWM mode1
  • Pulse: 0
  • Output compare perload: Enable
  • Fast Mode: Disable
  • CH Polarity: High

8KHz定時中斷(使用TM3)

• Timers -> TIM3
• 勾選 Internal Clock
• Counter Settings
  • Prescaler: 0
  • Counter Period: 10499 # 10500 = 84MHz / 8KHz
  • Internal Clock Division (CKD): No division
  • auto-reload preload: Disable
• Trigger Output (TRGO) Parameters
  • Trigger Envent Selection: Reset
• NVIC Settings
  • TIM3 global interrupt: Enable

代碼修改

通過STM32CubeMX生成代碼後, 需要對main.c添加代碼

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t pwm_buf[] = {125, 125, ..., 126, 125}; // 這裡是一個長數組, 可以自己通過工具生成
uint8_t *start = pwm_buf, *end = pwm_buf, *lb = pwm_buf, *rb = (pwm_buf + 27451); // 27451是數組長度
/* USER CODE END PV */
           

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM2_Init();
  MX_TIM3_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1);
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
  /* USER CODE END 2 */

  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
}
           

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  if(htim->Instance==TIM3)
  {
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_1, *start++);
    if (start == rb) {
      start = lb;
    }
  }
}
/* USER CODE END 4 */
           

輸出效果示範