マイコンのタイマー、PWMの仕組み〜超基礎編〜： Q&Aで学ぶマイコン講座（119）（3/3 ページ）

マイコンユーザーのさまざまな疑問に対し、マイコンメーカーのエンジニアがお答えしていく本連載。今回は、超初級者の方からよく質問される「タイマー、PWMの仕組み（超基礎編）」についてです。

[STマイクロエレクトロニクス]

PWMの機能と基本構成

　PWMとは、「パルス幅変調（Pulse Width Modulation）」と呼ばれる信号制御の方式です。一定周期でハイレベルとローレベルを高速に切り替え、ハイレベルとローレベルの時間の割合（デューティ比）で平均電圧や電力を調整するために使われます。

　図4に、図2を詳しく解説した図を示します。

図4：PWMの基本構成（少し詳しく）［クリックで拡大］

　PWM信号の生成方式はメーカーや製品によってさまざまです。ここでは、もっとも基本的な例を紹介します。まず、PWM信号の全体の周期を決める周期設定レジスタがあります。そして、デューティ比を決めるデューティ比設定レジスタがあります。

　カウンターはクロックに従ってカウントアップします。カウンターの値とデューティ比設定レジスタの値を、常時一致検出回路でチェックし、一致したときにPWM信号を反転するイベント信号を出力制御回路に送ります。出力制御回路は、この信号を受けて、PWM信号を反転します。次に、カウンターの値が周期設定レジスタと一致した場合、PWM信号をリセットするイベント信号を出力制御回路に送ります。この信号を受けて、出力制御回路はPWM信号を最初のレベルに戻します（反転します）。この動作を繰り返すと、ユーザーの希望する周波数とデューティ比のPWM信号を作ることができます。

実際のタイマーとPWM機能モジュール

　実際のタイマー／PWMモジュールの例として、STマイクロエレクトロニクスの汎用32ビットマイコン「STM32U5シリーズ」^＊1）で使用されているLPTIM（Low Power TIMer）のブロック図を示します（図5）

図5：STM32U5シリーズのタイマーブロック図［クリックで拡大］
STM32U5 トレーニング資料から抜粋

　LPTIMには、一般的なタイマー機能やPWM機能の他にインプットキャプチャー機能、繰り返しカウント機能が備えられていて、さまざまな機能ブロックで構成されています。さらに製品特有の構成になっているので、今まで説明した一般的な構成と、完全に一致するわけではありませんが、今回は、一般的なタイマー機能やPWM機能に絞って簡単に説明します。

　図の中央に、16ビットカウンターがあります。その上に16ビット自動再ロードレジスタ（Auto Reload Register）があり、これがプリセットレジスタに相当します。キャプチャー/比較xレジスタがデューティ比設定レジスタと一致検出回路に相当します。LPTIM_CHxがPWM出力端子です（xはチャネル番号）

　16ビット自動再ロードレジスタとキャプチャー/比較xレジスタを使ってタイマーのLPTIM_CHxから出力されるPWM波形信号の周期とデューティサイクルを設定します。

＊1）STM32U5シリーズ