代码收藏家技术教程 2023-10-13

使用CubeMx配置STM32定时器输出PWM信号

1 概述

项目中经常使用到STM32来输出PWM，每次配置过后过不了多久就会忘记，稍微需要对配置做出修改时都要翻很久的手册，所以决定结合实例把PWM配置的详细步骤记录下来，这样在下次配置时可以很快的捡起来。

本文档的行文结构如下，首先，说明实际需求，即要输出什么样的PWM信号；然后，根据需求把手册中相关的部分摘抄下来并辅以个人的理解和总结；最后，详细说明在软件中怎么去配置并展示配置后的实验效果。

2 需求

项目中用到4路PWM信号，硬件条件决定了其只能由定时器1和定时器3产生，每个定时器输出两路PWM信号，要求4个PWM信号相位同步，每个PWM信号如图1所示。

图1 PWM输出波形要求

具体要求见表1。

表1 PWM要求

序号	名称	要求	备注
1	周期	100us	暂定
2	占空比	0~100%可调
3	中断触发时刻	计数器下溢点
4	占空比更新时刻	计数器下溢点

3 STM高级定时器原理

图 2高级定时器的原理框图

图中用红色虚线框出来的部分是输出PWM所需要的部分，包括时钟源、计数器单元、比较寄存器及PWM输出、TRGO输出、外部触发输入，下面依次说明各部分原理。

3.1 时钟源

计数器时钟可由以下时钟源提供：

内部时钟(CK_INT)

外部时钟模式1：外部输入引脚

外部时钟模式2：外部触发输入ETR

外部触发输入(ITRx)

输出PWM使用内部时钟(CK_INT)，只需要关心怎么配置为内部时钟以及内部时钟的频率。

3.2 计数器单元

时钟源输出的时钟经过预分频器分频后作为计数器的时钟。计数器在时钟下可以增计数、减计数、增/减计数。自动重载寄存器控制计数器的计数范围，即定时器的周期。重复计数器控制更新事件UEV产生的频率。

3.2.1 预分频器

预分频器用于对计数器时钟进行分频，分频系数可配置为1~65536。分频系数可以动态修改，不过其具有缓冲功能，修改后的分频系数只能在下一次更新事件UEV后生效（见3.2.3节）。

3.2.2 计数器

1）计数器可以增计数、减计数、增\减计数。

增计数的范围为0~自动重装值（TIMx_ARR寄存器的值），计数值为自动重装值时产生上溢事件，定时器周期=T_CK_CNT*(自动重装值+1)；

减计数的范围为自动重装值（TIMx_ARR寄存器的值）~0，计数值为0时产生下溢事件，定时器周期=T_CK_CNT*(自动重装值+1)；

增\减计数的范围为0~自动重装值（TIMx_ARR寄存器的值）~1，计数值为自动重装值-1时生成上溢事件，计数值为1时生成下溢事件。计数器周期=T_CK_CNT*自动重装值*2；

2）自动重装值可以配置为预装载或者不预装载。不预装载时，自动重装值实时生效；预装载时，自动重装值在下一次更新事件UEV后生效（见3.2.3节）。

3）增/减计数有3种，分别为中心对称模式1/2/3，区别在于输出比较中断标志触发的位置不同，具体见手册。

3.2.3 重复计数器及更新事件（UEV）的产生

1.重复计数器

重复计数器仅用来控制更新事件的产生。它是一个自动重装的减计数器，在更新事件UEV时自动重装，重装值为RCR寄存器的值。每次上溢或下溢事件时重复计数器减1。

2.更新事件的产生

更新事件（UEV）可以被屏蔽或者启用（TIM_CR1的UDIS位）。被屏蔽的情况下不会产生任何更新事件；被启用的情况下，有两种情况可以产生更新事件，分别为外部触发和计数器内部触发。

外部触发不受重复计数器的影响，只要触发则立即产生更新事件。外部触发有两种，分别为软件向TIM_EGR的UG位写1和外部触发输入（见3.5节）。

计数器内部触发受重复计数器的影响，只有重复计数器等于0时才可以产生更新事件。在重复计数器等于0时以下三种情况可以产生更新事件：

增计数时上溢事件时产生更新事件；

减计数时下溢事件时产生更新事件；

增\减计数时上溢和下溢均产生更新事件；

结合重复寄存器的原理可知，每N（RCR寄存器的值）+1次上溢或者N+1

次下溢事件产生1次更新事件 。

3.增\减计数模式下如何控制更新事件（UEV）在上溢还是下溢产生？

显然，增\减计数模式时如果配置重复寄存器RCR为奇数，更新事件将只能在上溢或下溢产生，那么该如何控制其在上溢还是在下溢产生呢？手册中写到：在启动计数器前写入RCR，则UEV将在上溢时产生，在计数器启动后写入RCR，则UEV将在下溢时产生。

但经过实测试上述说法并不完全准确。实测结果如下：

在启动计数器前对RCR写入1，UEV在上溢产生；

在启动计数器前先对RCR写入1，再软件强制触发一个UEV，然后启动计数器，UEV将在下溢产生。（HAL库中有此操作，所以在CubeMx直接配置重复计数器为1，UEV仍在下溢产生）；

启动计数器后，在增计数过程中对RCR写入1，UEV在上溢产生；

启动计数器后，在减计数过程中对RCR写入1，UEV在下溢产生。

可以这么理解，启动计数器后首先触发的是上溢事件，然后是下溢事件。因为重复计数器是一个在更新事件UEV时自动重装载的计数器，在启动计数器前写入的1并没有装载到重复计数器，所以启动计数器后更新事件UEV在上溢产生；如果在启动计数器前软件强制触发一个UEV事件，则在启动计数器时1已经写入重复计数器，所以更新事件UEV在下溢产生。

至于启动计数器后写入RCR的现象则更好解释。因重复计数器只在UEV时更新，写入RCR后不会立马更新，所以增计数在上溢产生UEV事件然后更新重复计数器，减计数在下溢产生UEV事件然后更新重复计数器。