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PWMOut ​

概要 ​

PWM信号の生成と制御を行うC++クラス群を提供します。タイマーとDMAの制御に対応し、精密なPWMパルス幅・周波数の設定が可能です。

クラス概要 ​

PWM ​

PWMクラスは、PWM信号の生成および各種制御処理を実現します。

NOTE

STM32のPWMは、以下のようなタイマーの仕組みを利用して生成されます：

  1. カウンタ（CNT） : 0からARR（Auto-Reload Register）までカウントアップする。
  2. ARR（オートリロードレジスタ） : PWMの周期（信号の繰り返し間隔）を決定する。
  3. CCR（キャプチャ・コンペアレジスタ） : PWMのON時間を決定する（デューティ比を設定）。

コンストラクタ ​

cpp
PWM(TIM_HandleTypeDef* htim, uint32_t channel, uint32_t TIMHz, bool useDMA = false, uint32_t ArrMax = 65536);
  • htim: TIMハンドル
  • channel: PWMチャネル
  • TIMHz: タイマーのクロック周波数
  • useDMA: DMA制御を使用するか (初期値:false)
  • ArrMax: タイマーARRの最大値 ARRの最大値は16bitの場合は65536、32bitの場合は4294967296

タイマーのクロック周波数

タイマーのクロック周波数は、MXの HCLK の設定を参照してください。 例えば、HCLKが160MHzの場合、TIMHzは 160e6を指定します。 image

主なメソッド ​

void start() ​

PWM出力を開始

void stop() ​

PWM出力を停止

void setFrequency(uint32_t destFreq) ​

指定した周波数にタイマー設定を調整

  • destFreq : 目標周波数
void pulsewidth_us(uint32_t pulseWidth) ​

PWMパルス幅をマイクロ秒単位で指定

  • pulseWidth : パルス幅（マイクロ秒）
void pulsewidth_ms(uint32_t pulseWidth) ​

PWMパルス幅をミリ秒単位で指定

  • pulseWidth : パルス幅（ミリ秒）
float getDutyCycle() const ​

現在のデューティサイクルを返す

  • デューティサイクル（0.0〜1.0）
void setDutyCycle(float duty) ​

指定したデューティサイクルに設定

  • duty : デューティサイクル（0.0〜1.0）
float getFrequency() const ​

実際に設定されている周波数を返す

  • 周波数（Hz）

使用方法 ​

CubeMXの設定 ​

  1. Clock Source をInternal Clockに設定。
  2. TIM1を展開し,Channel~ の設定を PWM Generation CH~ に設定。 (同時にピンが設定されます) image
  3. DMAを使用するチャンネルで設定する (使用しない場合はスキップ) image

app_main.cpp内 ​

  1. PWMクラスのインスタンスを生成します

    cpp
    PWM pwm(&htim1, TIM_CHANNEL_1, 84e6, true);

  2. 必要な制御を実施します

    cpp
    pwm.start();
pwm.setFrequency(50000);
pwm.pulsewidth_us(10);

  3. 使用終了時、PWM出力を停止します

    cpp
    pwm.stop();

注意事項 ​

  • DMA使用時は、DMAの初期化など適切な設定が必要
  • タイマー設定はシステム全体のクロックに依存するため、正確な値を確認すること

サンプルコード ​

Sample 1: 基本的なPWM制御の例 ​

cpp
#include "main.h"
#include "../../Library/HALbed/Inc/HALbed.hpp"

using namespace HALbed;

extern TIM_HandleTypeDef htim2;

uint16_t HZ = 50e3; // 目標周波数

extern "C" void app_main() {
    
    PWMOut pwm1(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 160e6, false,4294967296);
    PWMOut pwm2(&htim2, TIM_CHANNEL_2, 160e6, false,4294967296);
    pwm1.start();
    pwm2.start();

    while (1) {
        pwm1.setFrequency(HZ);
        pwm2.setFrequency(HZ);
        pwm1.pulsewidth_us(5);
        pwm2.pulsewidth_us(15);
        // 無限ループ
    }
    // pwm1.stop(); pwm2.stop();
}

Sample 2: サーボモーターの制御例 ​

cpp
#include "main.h"
#include "../../Library/HALbed/Inc/HALbed.hpp"

using namespace HALbed;
extern TIM_HandleTypeDef htim2;
PWM pwm(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 84e6, true);

int servoAngleToPulseWidth(float angle) {
    // 最小パルス 700us, 最大パルス 2300us として、角度をパルス幅に変換
    return static_cast<uint32_t>(700 + (angle / 180.0f) * (2300 - 700));
}

extern "C" void app_main() {
    pwm.start();

    float angle = 0.0f;
    while (1) {
        uint32_t pulseWidth = servoAngleToPulseWidth(angle);
        pwm.pulsewidth_us(pulseWidth);
        HAL_Delay(1000); // 1秒待機
        angle += 30.0f; // 30度ずつ回転
        if (angle > 180.0f) {
            angle = 0.0f; // 角度をリセット
        }
    }
}

sample 3 : RGB LEDテープを光らせる ​

cpp
#include "main.h"
#include "../../Library/HALbed/Inc/UART.hpp"
#include "../../Library/HALbed/Inc/PWMOut.hpp"
#include <math.h>  // For sin() function

using namespace HALbed;

extern UART_HandleTypeDef huart2;
UART pc(&huart2);

extern TIM_HandleTypeDef htim3;
float LED_duty[3] = {0.5f, 0.5f, 0.5f};

PWMOut R(&htim3,TIM_CHANNEL_1,72000000,false);
PWMOut G(&htim3,TIM_CHANNEL_2,72000000,false);
PWMOut B(&htim3,TIM_CHANNEL_3,72000000,false);
PWMOut LED[3] = {R, G, B};

extern "C" void app_main(void) {
    pc.xprintf("main start!\r\n");

    for(int i = 0; i < 3; i++) {
        LED[i].start(); // PWM出力を開始
        LED[i].setFrequency(1000);
        LED[i].setDutyCycle(LED_duty[i]); // 初期デューティサイクルを設定
    }

    float angle = 0.0f;
    const float step = 0.05f;         // より滑らかな遷移のための小さなステップ
    const float PI = 3.14159265359f;  // π定数
    const float phaseShift = PI / 3;  // 60度（ラジアン）
    
    while (1) {
        // LEDの色を変化させるための正弦波を生成
        LED_duty[0] = (sin(angle) + 1.0f) / 2.0f;                  // R: 0°位相
        LED_duty[1] = (sin(angle + phaseShift) + 1.0f) / 2.0f;     // G: 60°位相
        LED_duty[2] = (sin(angle + 2 * phaseShift) + 1.0f) / 2.0f; // B: 120°位相
        
        // すべてのLEDを更新
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            LED[i].setDutyCycle(LED_duty[i]);
            pc.xprintf("LED %d duty: %f\r\n", i, LED_duty[i]);
        }
        
        angle += step;
        if (angle >= 2 * PI) {
            angle -= 2 * PI;
        }
        HAL_Delay(10);
    }
}