Génération de signaux PWM avec STM32

Définition

Le PWM (Pulse Width Modulation) consiste à moduler la largeur d'une impulsion pour contrôler la puissance moyenne délivrée à un composant. C'est un signal carré dont le rapport cyclique (temps haut / temps total) est variable :

Sur les microcontrôleurs STM32, la génération des signaux PWM se fait à l'aide des timers.

Timers et interruptions

Un timer est un circuit logique numérique qui permet de compter, en incrémentant une valeur à chaque cycle d'horloge. Voici une vidéo très instructive qui en explique le fonctionnement, ainsi que la notion d'interruption.

Parlons un peu plus en détails de l'architecture des timers dans les microcontrôleurs STM32 (timesptamp : 3:39 de la vidéo). Comme vous pouvez le voir dans l'onglet Clock configuration du fichier .ioc sur STM32CubeMX, l'horloge interne du microcontrôleur (représenté par HCLK) est divisée en deux bus (APB1 et APB2), et chaque bus est relié à plusieurs timers. C'est en réalité la fréquence des bus (APB_ peripheral clock) qui est la valeur qui sera divisée par le prescaler dans la configuration des timers (à ne pas confondre avec les prescalers de la configuration de l'horloge).

Il est donc possible de modifier la fréquence de l'horloge de chaque bus de manière indépendante en modifiant les variables APB_ peripheral clock, mais cela devient assez vite chaotique à gérer à cause des prescalers de la configuration de l'horloge (vous pouvez essayez si vous aimez souffir). Nous conseillons de faire comme dans la vidéo : modifier uniquement la fréquence de l'horloge du microcontrôleur (HCLK), et choisir le prescaler de chacun des timers que vous souhaitez utiliser pour votre fréquence de comptage.

NOTE

Puisque les timers d'un microcontrôleur STM32 peuvent avoir des spécificités différentes, il est conseillé regarder la datasheet pour choisir vos timers.

Maintenant que vous savez ce qu'est un timer, et comment le manipuler, nous verrons comment l'utiliser pour générer des signaux PWM.

Signal PWM simple

Voici une vidéo qui explique très bien comment générer des signaux PWM avec un microcontrôleur STM32.

Il y a quelques points à ajouter à cette vidéo.

• La première chose est qu'il est possible de modifier les valeurs de prescaler, counter period et pulse directement dans le code. Les fonctions sont respectivement __HAL_TIM_SET_PRESCALER(), __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD() et __HAL_TIM_SET_COMPARE().

• La deuxième chose est que certains channels sont suivis d'un suffixe "N" (ex. PWM Generation CH2N). Il s'agit de sorties complémentées, c'est-à-dire que le pulse définit la période à l'état BAS, et non à l'état HAUT comme pour les channels classiques. Ainsi, le rapport cyclique y est inversé. Pour lancer un PWM sur un tel channel, on utilise plutôt HAL_TIMEx_PWMN_Start().

• La troisième : on peut bien sûr arrêter un signal PWM avec HAL_TIM_PWM_Stop() pour les channels normaux et HAL_TIMEx_PWMN_Stop() pour les channes complémentés.

• Enfin la quatrième : le microcontrôleur que nous utilisons (Nucleo L432KC) n'a pas de broches pour activer un mode "téléversement" et un mode "lancement".

Signal PWM en mode interruption

Il est possible de générer des signaux PWM avec interruptions.

Pour ce faire, il faut d'abord activer le mode interruption du timer dans l'onglet NVIC Settings au niveau du fichier .ioc.

Puis, au niveau du code, on lance le signal PWM en mode IT HAL_TIM_PWM_Start_IT(). Il faudra ensuite définir le contenu de la fonction exécutée à chaque interruption HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback().

Signal PWM avec DMA

La génération d'un signal PWM en mode DMA (Direct Access Memory) consiste à modifier le duty cycle du signal PWM à chaque fin de période. Pour ce faire, chaque valeur du CCR (la période à l'état haut) est renseignée dans un tableau, et à chaque fin d'impulsion du signal, la valeur suivante est chargée. On obtient donc un signal PWM à duty cycle variable.

Pour ce faire, on active le mode DMA dans l'onglet DMA Settings dans le fichier .ioc.

Il y a deux modes :

• normal : Une fois arrivé à la fin du tableau, la génération du signal s'arrête.
• circular : Une fois arrivé à la fin du tableau, on reprend du début du tableau.

Niveau code, il suffit de définir un tableau de unit16_t, donner la valeur de chaque CCR dans le tableau, et appeler la fonction HAL_TIM_PWM_Start_DMA(). Voici un exemple assez parlant, extrait du site Controllerstech très explicatif, avec un ARR = 100 :

uint16_t pwmData[11];
pwmData[0] = 10; pwmData[1] = 20; pwmData[2] = 30;
pwmData[3] = 40; pwmData[4] = 50; pwmData[5] = 60;
pwmData[6] = 70; pwmData[7] = 80; pwmData[8] = 90;
pwmData[9] = 100;pwmData[10] = 0;
HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim1, TIM_CHANNEL_1, (uint32_t *)pwmData, 11);