开发环境：

MDK：Keil 5.30

开发板：GD32F207I-EVAL

MCU：GD32F207IK

1 PWM输出的工作原理

脉冲宽度调制(PWM) ，是英文“Pulse Width Modulation” 的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对interwetten与威廉的赔率体系 电路进行控制的一种非常有效的威廉希尔官方网站 。简单一点，就是对脉冲宽度的控制。

GD32 的定时器除了 TIMER5 和 6（基本定时器）。其他的定时器都可以用来产生 PWM 输出。

每个定时器有四个通道，每一个通道都有一个捕获比较寄存器,，将寄存器值和计数器值比较，通过比较结果输出高低电平，便可以实现脉冲宽度调制模式（PWM信号）。

在上一节，讲解了定时器的相关寄存器即基本原理，本节将不再赘述。下面谈谈如何使用定时器的寄存器进行PWM输出的。若配置脉冲计数器TIMERx_CNT为向上计数，而重载寄存器TIMERx_CAR配置为N，即TIMERx_CNT的当前计数值数值X在CK_TIMER时钟源的驱动下不断累加，当TIMERx_CNT的数值X大于N时，会重置TIMERx_CNT数值为0重新计数。而在TIMERx_CNT计数的同时，TIMERx_CNT的计数值X会与比较寄存器TIMERx_CHxCV预先存储了的数值A进行比较，当脉冲计数器TIMERx_CNT的数值X小于比较寄存器TIMERx_CHxCV的值A时，输出高电平（或低电平），相反地，当脉冲计数器的数值X大于或等于比较寄存器的值A时，输出低电平（或高电平）。如此循环，得到的输出脉冲周期就为重载寄存器TIMERx_CAR存储的数值(N+1)乘以触发脉冲的时钟周期，其脉冲宽度则为比较寄存器TIMERx_CHxCV的值A乘以触发脉冲的时钟周期，即输出PWM的占空比为A/(N+1)。

估计很多初学者看了上面的一段话都很蒙圈，没关系，下面以向上计数模式为例进行讲解。

在PWM输出模式下，除了CNT（计数器当前值）、CAR（自动重装载值）之外，还多了一个值CHxCV（捕获/比较寄存器值）。当CNT小于CHxCV时，CHxCV通道输出低电平；当CNT等于或大于CHxCV时，CHxCV通道输出高电平。因此得到PWM的一个周期如下：

1.定时器从0开始向上计数；

2.当0-t1段,定时器计数器CNT值小于CHxCV值，输出低电平；

3.t1-t2段,定时器计数器CNT值大于CHxCV值，输出高电平；

4.当CNT值达到CAR时,定时器溢出，重新向上计数...循环此过程。

至此一个PWM周期完成。针对PWM重点关注两个寄存器， CAR寄存器确定PWM频率，CHxCV寄存器确定占空比 。

上文提到了PWM的输出模式，下面讲解PWM的工作模式：

• PWM模式1(向上计数) :计数器从0计数加到自动重装载值(CAR)，然后重新从0开始计数，并且产生一个计数器溢出事。
• PWM模式2(向下计数) :计数器从自动重装载值(CAR)减到0，然后重新从重装载值(CAR)开始递减，并且产生一个计数器溢出事件。

这里我们仅利用 TIMER2产生多路 PWM 输出。如果要产生多路输出，大家可以根据我们的代码稍作修改即可。具体不同定时器对应引脚在对应芯片数据手册的引脚说明(pin description) 中查看。

[ps] 本文以F2系列为例进行讲解，GD不同系列其定时器个数不同

2 PWM输出的寄存器描述

同样，我们首先通过对 PWM 相关的寄存器进行讲解，大家了解了定时器 TIMER2的 PWM原理之后，我们再讲解怎么使用库函数产生 PWM 输出。

要使 GD32 的通用定时器 TIMERx 产生 PWM 输出，除了上一章介绍的寄存器外，我们还会用到 3 个寄存器，来控制 PWM 的。这三个寄存器分别是：通道控制寄存器(TIMERx_CHCTL0/1)、通道控制寄存器(TIMERx_CHCTL2)、捕获/比较寄存器(TIMERx_CHxCV)。接下来我们简单介绍一下这三个寄存器。

首先是通道控制寄存器(TIMERx_CHCTL0/1)，该寄存器总共有2个，TIMERx_CHCTL0和TIMERx_CHCTL1。TIMERx_CHCTL0控制 CH1 和 2，而TIMERx_CHCTL1 控制 CH3 和 4。该寄存器的各位描述如下图。

该寄存器的有些位在不同模式下，功能不一样，所以在上图中，我们把寄存器分了2层，上面一层对应输出而下面的则对应输入。关于该寄存器的详细说明，请参考《GD32F20x User Manual》。这里我们需要说明的是模式设置位CH0COMCTL，此部分由 3 位组成。总共可以配置成 7 种模式，我们使用的是 PWM 模式，所以这 3 位必须设置为 110/111。这两种PWM 模式的区别就是输出电平的极性相反。

接下来，我们介绍通道控制寄存器(TIMERx_CHCTL2)，该寄存器控制着各个输入输出通道的开关。该寄存器的各位描述如下图。

该寄存器比较简单， 我们这里只用到了CHxEN位，该位是输入/捕获 2 输出使能位，要想PWM 从 IO 口输出，这个位必须设置为 1，所以我们需要设置该位为 1。

最后，我们介绍一下捕获/比较寄存器(TIMERx_CHxCV)，该寄存器总共有 4 个，对应 4 个输通道 CH0~3。因为这 4 个寄存器都差不多，我们仅以TIMERx_CH0CV为例介绍，该寄存器的各位描述如下图。

在输出模式下，该寄存器的值与 CNT 的值比较，根据比较结果产生相应动作。利用这点，我们通过修改这个寄存器的值，就可以控制 PWM 的输出脉宽了。

假如我们要利用 TIMER2的 CH1 输出 PWM 来控制 DS0 的亮度，但是 TIMER2_CH1默认是接在 PA7上面的，这就可以通过重映射功能，把 TIMER2_CH1映射到 PB5 上。

GD32 的重映射控制是由复用重映射和调试 IO 配置寄存器控制的，该寄存器的各位描述如上图。我们这里用到的是 TIMER2的重映射，从上图可以看出，TIMER2_REMAP 是由[11:10]这 2 个位控制的。TIMER2_REMAP[1:0]重映射控制表如下表。

默认条件下，TIMER2_REMAP[1:0]为 00，是没有重映射的，所以 TIMER2_CH0~TIMER2_CH3 分别是接在 PA6、 PA7、 PB0 和 PB1 上的，而我们想让 TIMER2_CH1 映射到 PB5 上， 则需要设置TIMER2_REMAP[1:0]=10，即部分重映射，这里需要注意，此时TIMER2_CH0 也被映射到 PB4 上了。

TIMER定时器的四路通道CHx_O输出PWM。

3 PWM输出实现

3.1 PWM代码分析

本章要实现通过TIMER2实现四路方波的输出，以TIMER2_CH0 输出 PWM 为例进行讲解。下面我们介绍通过库函数来配置该功能的步骤。

首先要提到的是，PWM 相关的函数设置在库函数文件gd32f20x_timer.h和gd32f20x_timer.c文件中。

1） 开启 TIMER2 时钟以及GPIO的时钟，配置 PA6为复用输出。

要使用 TIMER2，我们必须先开启 TIMER2的时钟，这点相信大家看了这么多代码，应该明白了。库函数使能 TIMER2及PA6时钟的方法是：

/* enable the GPIOA clock */
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
//Enable TIMER2 clock
rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2);

库函数设置 AFIO 时钟的方法是：

/* 开启复用功能时钟 */
rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);

2） 初始化 TIMER2,设置 TIMER2的 CAR 和 PSC。

在开启了 TIMER2 的时钟之后，我们要设置 CAR 和 PSC 两个寄存器的值来控制输出 PWM 的周期。这在库函数是通过timer_init()函数实现的，在上一节定时器中断章节我们已经有讲解，这里就不详细讲解，调用的格式为：

/* TIMER2 configuration */
timer_init_struct.prescaler         = 0;
timer_init_struct.alignedmode       = TIMER_COUNTER_EDGE;
timer_init_struct.counterdirection  = TIMER_COUNTER_UP;
timer_init_struct.period            = 999;
timer_init_struct.clockdivision     = TIMER_CKDIV_DIV1;
timer_init_struct.repetitioncounter = 0;
timer_init(TIMER2, &timer_init_struct);

3） 设置 TIMER2_CH0的 PWM 模式，使能 TIMER2的 CH0输出。

接下来，我们要设置 TIMER2_CH0为 PWM 模式（默认是冻结的），在库函数中，PWM通道设置是通过函数 timer_channel_output_config()来设置的，我们直接来看看结构体 timer_oc_parameter_struct的定义：

/* channel output parameter structure definitions */
typedef struct {
    uint16_t outputstate;                       /*!< channel output state */
    uint16_t outputnstate;                      /*!< channel complementary output state */
    uint16_t ocpolarity;                        /*!< channel output polarity */
    uint16_t ocnpolarity;                       /*!< channel complementary output polarity */
    uint16_t ocidlestate;                       /*!< idle state of channel output */
    uint16_t ocnidlestate;                      /*!< idle state of channel complementary output */
} timer_oc_parameter_struct;

该结构体主要配置通道的状态，极性等，还需要设置占空比等配置，不同的通道需要分别设置。

/* PWM Mode configuration: Channel0 */
timer_channel_output_config(TIMER2, TIMER_CH_0, &timer_oc_init_struct);

/* 通道2占空比设置 */
timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER2, TIMER_CH_0, CH0CV_Val);
/* PWM模式0 */
timer_channel_output_mode_config(TIMER2,TIMER_CH_0,TIMER_OC_MODE_PWM0);
/* 不使用输出比较影子寄存器 */
timer_channel_output_shadow_config(TIMER2,TIMER_CH_0,TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);

4） 使能 TIM3。

我们需要使能 TIMER2。使能 TIMER2的方法前面已经讲解过：

timer_enable(TIMER2);

最后看下主函数代码：

/*
    brief      main function
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
*/
int main(void)
{
    //systick init
    sysTick_init();

    /* configure the TIMER peripheral */
    pwm_init ();

    while(1) 
    {
     
    }
}

是不是很简单，这里进行了PWM初始化，最核心的就是timer2_init()函数，其代码如下：

/*
    brief      configure the TIMER peripheral
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
  */
void pwm_init(void)
{
    /* TIMER2 configuration: generate PWM signals with different duty cycles*/
    /* 定义一个定时器初始化结构体 */
    timer_parameter_struct timer_init_struct;
    /* 定义一个定时器输出比较参数结构体*/
    timer_oc_parameter_struct timer_oc_init_struct;

    /* PWM信号电平跳变值 */
    uint16_t CH0CV_Val = 500;
    uint16_t CH1CV_Val = 375;
    uint16_t CH2CV_Val = 250;
    uint16_t CH3CV_Val = 125;

    /* ----------------------------------------------------------------------- 
    TIMER2 Channel0 duty cycle = (TIMER2_CH0CV/ TIMER2_CAR+1)* 100% = 50%
    TIMER2 Channel1 duty cycle = (TIMER2_CH1CV/ TIMER2_CAR+1)* 100% = 37.5%
    TIMER2 Channel2 duty cycle = (TIMER2_CH2CV/ TIMER2_CAR+1)* 100% = 25%
    TIMER2 Channel3 duty cycle = (TIMER2_CH3CV/ TIMER2_CAR+1)* 100% = 12.5%
    ----------------------------------------------------------------------- */
    // gpio init
    timer_gpio_init();

    //Enable TIMER2 clock
    rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2);
    /* 开启复用功能时钟 */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);

    timer_deinit(TIMER2);

    /* TIMER2 configuration */
    timer_init_struct.prescaler         = 0;
    timer_init_struct.alignedmode       = TIMER_COUNTER_EDGE;
    timer_init_struct.counterdirection  = TIMER_COUNTER_UP;
    timer_init_struct.period            = 999;
    timer_init_struct.clockdivision     = TIMER_CKDIV_DIV1;
    timer_init_struct.repetitioncounter = 0;
    timer_init(TIMER2, &timer_init_struct);

    /* PWM初始化 */
    timer_oc_init_struct.outputstate  = TIMER_CCX_ENABLE;		/* 通道使能 */
    timer_oc_init_struct.outputnstate = TIMER_CCXN_DISABLE;		/* 通道互补输出使能（定时器2无效） */
    timer_oc_init_struct.ocpolarity   = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;	/* 通道极性 */
    timer_oc_init_struct.ocnpolarity  = TIMER_OCN_POLARITY_HIGH;/* 互补通道极性（定时器2无效）*/
    timer_oc_init_struct.ocidlestate  = TIMER_OC_IDLE_STATE_LOW;/* 通道空闲状态输出（定时器2无效）*/
    timer_oc_init_struct.ocnidlestate = TIMER_OCN_IDLE_STATE_LOW;/*互补通道空闲状态输出（定时器2无效） */

    /* PWM Mode configuration: Channel0 */
    timer_channel_output_config(TIMER2, TIMER_CH_0, &timer_oc_init_struct);

    /* 通道2占空比设置 */
    timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER2, TIMER_CH_0, CH0CV_Val);
    /* PWM模式0 */
    timer_channel_output_mode_config(TIMER2,TIMER_CH_0,TIMER_OC_MODE_PWM0);
    /* 不使用输出比较影子寄存器 */
    timer_channel_output_shadow_config(TIMER2,TIMER_CH_0,TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);	

    /* PWM Mode configuration: Channel1 */
    timer_channel_output_config(TIMER2, TIMER_CH_1, &timer_oc_init_struct);

    /* 通道2占空比设置 */
    timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER2, TIMER_CH_1, CH1CV_Val);
    /* PWM模式0 */
    timer_channel_output_mode_config(TIMER2,TIMER_CH_1,TIMER_OC_MODE_PWM0);
    /* 不使用输出比较影子寄存器 */
    timer_channel_output_shadow_config(TIMER2,TIMER_CH_1,TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);	

    /* PWM Mode configuration: Channel2 */
    timer_channel_output_config(TIMER2, TIMER_CH_2, &timer_oc_init_struct);

    /* 通道2占空比设置 */
    timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER2, TIMER_CH_2, CH2CV_Val);
    /* PWM模式0 */
    timer_channel_output_mode_config(TIMER2,TIMER_CH_2,TIMER_OC_MODE_PWM0);
    /* 不使用输出比较影子寄存器 */
    timer_channel_output_shadow_config(TIMER2,TIMER_CH_2,TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);	

    /* PWM Mode configuration: Channel3 */
    timer_channel_output_config(TIMER2, TIMER_CH_3, &timer_oc_init_struct);

    /* 通道2占空比设置 */
    timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER2, TIMER_CH_3, CH3CV_Val);
    /* PWM模式0 */
    timer_channel_output_mode_config(TIMER2,TIMER_CH_3,TIMER_OC_MODE_PWM0);
    /* 不使用输出比较影子寄存器 */
    timer_channel_output_shadow_config(TIMER2,TIMER_CH_3,TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);	

    /* 自动重装载影子比较器使能 */
    timer_auto_reload_shadow_enable(TIMER2);	

    /* TIMER2 enable */
    timer_enable(TIMER2);
}

3.2 PWM周期、占空比分析

根据前面的参数配置，我们可以算出PWM的输出周期：

PWM=1/(Tclk/(psc+1))*(arr+1)

这里我们 arr=999 psc=0 Tclk=120Mhz ，

PWM=1/(120Mhz/(1))*(999+1)=1/120ms

因此PWM的输出频率120KHz，周期是8.3us。

PWM的占空比为：

Dutycycle=(CHxCV/CAR+1)* 100%

PWM自动重装值为999，四个通道的跳变值分别为500，375，250，125。因此，TIMER2的四个通道的占空比分别为50%，37.5%，25%，12.5%。

4 PWM输出的实验现象

在前面我们输出了TIMER2的通道0(PA6)、1(PA7)、2(PB0)、3(PB1)不同占空比的 PWM 信号。接下来就看看PWM的输出，PWM 信号可以通过示波器看到，下面笔者就是用逻辑分析仪查看波形。

首先笔者使用的逻辑分析仪是Kingst LA5016，当然啦，其他的也可以，关于逻辑分析仪的相关使用笔者这里就不介绍了，可以查看官方资料。

首先将通道 0(PA6)、1(PA7)、2(PB0)、3(PB1)分别接到逻辑分析仪的CH0 – CH3，然后下载程序到板子中，打开Kingst VIS，然后进行采样。

我们就可以看到不同通道的实际周期，占空比等信息。

从上图可以看到，实际测量的频率和占空比和理论是相符的。