Keil MDK STM32系列
- Keil MDK STM32系列(一) 基於標准外設庫SPL的STM32F103開發
- Keil MDK STM32系列(二) 基於標准外設庫SPL的STM32F401開發
- Keil MDK STM32系列(三) 基於標准外設庫SPL的STM32F407開發
- Keil MDK STM32系列(四) 基於抽象外設庫HAL的STM32F401開發
- Keil MDK STM32系列(五) 使用STM32CubeMX創建項目基礎結構
- Keil MDK STM32系列(六) 基於HAL的ADC模數轉換
- Keil MDK STM32系列(七) 基於HAL的PWM和定時器
- Keil MDK STM32系列(八) 基於HAL的PWM和定時器輸出音頻
- Keil MDK STM32系列(九) 基於HAL和FatFs的FAT格式SD卡TF卡讀寫
方式1: 通過PWM和TIM輸出音頻
機制
- 音頻使用一個預生成的的8bit無符號數組, 采樣率為8KHz
- 輸出包含兩部分, 一部分是TIM2產生連續的PWM, PWM分辨率設置為256, 正好對應8bit PCM采樣
- 輸出的第二部分是TIM3產生的定時中斷, 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
選擇芯片STM32F401CCU6, 創建新項目
系統時鍾
- 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HSE和PLLCLK, 在HCLK上輸入84回車, 軟件會自動調節各節點倍數
PWM(使用TIM2)
- Timers -> TIM2
- Clock Source: Internel Clock, 使用系統的時鍾源
- 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 mode 1
- 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 Mode: Up
- Counter Period: 10499 # 10500 = 84MHz / 8KHz
- Internal Clock Division (CKD): No division
- auto-reload preload: Disable
- Trigger Output (TRGO) Parameters
- Master/Slave Mode (MSM bit): Disable
- Trigger Envent Selection: Reset
- NVIC Settings
- TIM3 global interrupt: Enable
代碼修改
通過STM32CubeMX生成代碼后, 需要對main.c添加代碼
/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t pwm_buf[] = {125, 125, ..., 126, 125}; // 這里是一個長數組, 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 */
main函數
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 */
}
}
添加定時器中斷處理函數
/* 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 */
輸出效果演示
https://www.bilibili.com/video/BV1pb4y1177L
方式2: 通過PWM+DMA
通過配置成DMA的方式, 可以省掉一個定時器, 並且不需要主進程介入而直接將數組賦值給PWM.
這里有個需要注意的地方, STM32F401的各個TIMx計數器位寬不同, TIM2,TIM5是32bit, 其它的都是16bit, 而STM32F103的TIMx全是16bit位寬的. 之前在這個問題上困惑了很長時間, 后來費了不少工夫測試, 加上對比其它項目代碼的配置才找到原因.
在設置DMA時, DMA_HandleTypeDef.Init.PeriphDataAlignment要與TIMx的計數器位寬一致, 如果沒設置成一致會導致PWM輸出錯誤.
而MemDataAlignment要與數組的數據類型一致, 實際上也要設置成對應的位寬.
根據ST的手冊如果勾選了FIFO, 可以設置為其它位寬, 系統會自動補位, 但是實際測試並不能, 無論如何調整FIFOThreshold, MemBurst, 音頻的前半部分都是錯誤的, 只能播放后半部分. 原因待查.
配置STM32CubeMX
選擇芯片STM32F401CCU6, 創建新項目
系統時鍾
- 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HSE和PLLCLK, 在HCLK上輸入84回車, 軟件會自動調節各節點倍數
PWM(使用TIM3)
- Timers -> TIM3
- Internel Clock: 勾選, 使用系統的時鍾源
- Channel1: PWM Generation CH1
- Counter Settings PWM頻率 = 84MHz / (Perscaler + 1) / (Counter Period + 1)
- Perscaler: 40
- 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 mode 1
- Pulse: 0
- Output compare perload: Enable
- Fast Mode: Disable
- CH Polarity: High
DMA Settings: Add
- DMA Request: TIM3_CH1/Trig
- Stream: DMA1 Stream4
- Direction: Memory To Peripheral
- Priority: High
- Mode: Circular
- Increment Address: Peripheral[不勾選], Memory[勾選]
- Use Fifo: 不勾選
- Data Width: Peripheral[Half Word], Memory[Half Word]
代碼修改
只需要在main.c中添加變量和啟動方法
/* USER CODE BEGIN PV */
uint16_t pwm_buffer[] = {125, 125, 128, ...};
/* USER CODE END PV */
//...
MX_TIM3_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim3, TIM_CHANNEL_1, (uint32_t *)pwm_buffer, 27452);
/* USER CODE END 2 */
在PA6上就能觀察到PWM, 接上喇叭能聽到輸出. 這種方式因為基頻8KHz就在人耳的聽覺范圍內, 會有持續的明顯的高頻聲, 通過增加RC低通濾波能改善但是無法消除, 最好的方式還是將基頻提升到20KHz以上, 這樣基本上就不會被人耳感知了.
參考
- 詳細說明了STM32的DMA工作方式 https://vivonomicon.com/2019/07/05/bare-metal-stm32-programming-part-9-dma-megamix/
- DMA+PWM的位寬討論 https://community.st.com/s/question/0D50X0000C6bAMdSQM/hal-timers-dma-method-enforces-4bytes-alignment-why-
- 另一個位寬相關的討論 https://community.st.com/s/question/0D50X0000B45uUx/generation-of-pwm-wave-with-dma