STM32 CUBEMX配置三相PWM互补输出的电机FOC控制（二）

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前言

本文在电机FOC控制（一）STM32 CUBEMX RCC配置基础上，继续讲述如何对STM32G431 MCU使用STM32 CUBEMX进行 PWM互补输出配置，并且验证输出波形。此工程采用STM32G431高级定时TIMER1进行PWM互补输出设定，并带有死区和刹车功能。

一、STM32 CUBEMX 配置STM32G431 MCU的基本设定。

1、配置APB2外设频率。

根据STM32G431手册，TIMER1隶属于APB2时钟总线，故对APB2时钟进行设定，设定STM32G431的外设总线APB2为最高运行频率170MHz。

STM32G431说明手册：

STM32 CUBEMX时钟配置：

2、配置STM32G431 TIMER1的设定。

Timer1基本模式设定说明如下：

Slave Mode ： 此项是配置Timer1为从定时器模式，计数器开始计数触发条件由主定时器触发，此工程配置为Disable，不使用从定时器模式，不需要别的定时器触发，具体可参考说明手册。
Trigger Source： 与Slave Mode 配合使用，指定Timer1计数器触发计数由哪路信号输入，配置为Disable，具体可参考说明手册。
Clock Source： 此配置是选取Timer1的时钟源，配置为内部时钟，由APB2产生，一个脉冲来了，计数器加减1。
Channel1： 设定为PWM Generation CH1 CH1N 互补输出模式。
Channel2： 设定为PWM Generation CH2 CH2N 互补输出模式。
Channel3： 设定为PWM Generation CH3 CH3N 互补输出模式。
Channel4： 设定为PWM Generation No Output，没有引脚输出。
Active Break Input： 使能刹车功能，并且选择PA6为刹车输入引脚。

Timer1配置参数设定说明如下：

Prescaler： 对Timer1进行预分频设定，设定为（1-1），即** Timer1的运行频率为APB2频率/1 = 170MHz/1 = 170MHz。
Count Mode： 设定为中心对齐模式1，模式：每来一个时钟脉冲，计数器由0开始做加法计数到最高点，然后开始做减法，计数到0。
Dithering： PWM抖动模式，这个可以Disable，此工程没有用到。
Counter Period： 计数周期，决定计数的最高点。目前设定PWM频率为16KHz，所以，170MHz/16KHz = 10625，由于是中心对齐模式，其计数的最高点为：10625/2 – 1 = 5312 – 1；这个PWM频率则为16KHz。
CKD： 这个不是对时钟频率进行分割，而是对输入捕获功能下，数字滤波器的频率进行分割，滤除一些噪声，这个选项不用管。
RCR： 重复计数功能，这个功能本质就是设置TIMER1定时器溢出多少次再产生一个更新中断，在PWM频率很高，ADC采样和进行计算时间不够的情况下可以设定这个数值，以满足要求，此工程采用16KHz，并且STM32G431计算速度还不错，不需要理会。
Auto-reload preload： 用于控制PWM模块在计数器溢出时是否自动加载已预先加载的值。开启：计数器在溢出时会自动加载已预先加载的值。禁用：计数器在溢出时不会自动加载已预先加载的值。

Matser/Slave Mode： 设定为Disable，不使用主从模式。
Trigger Event Selection TRGO: 选择TRGO信号的事件源，当事件源满足条件时，就会产生一个触发输出，可以将该输出信号连接到其他定时器或外设的启动输入端，以实现多个定时器或外设同步工作。本工程选择由Channel4比较信号触发ADC信号采样。
Trigger Event Selection TRGO2: 此工程未采用，随意设置，选择复位信号，作为触发信号，当复位产生时，TRGO2输出触发信号。

Break state： 刹车功能开启，设定：ENABLE。
Break polarity： 刹车判定极性：LOW。当刹车输入信号为低电平时候，触发刹车功能。
Break_IO mode selection： 如设定为Input，break引脚只可作为输入；若设定为Bidirectional，break引脚既可以作为刹车输入信号，也可以作为产生刹车后的输出信号。本工程只作为刹车输入信号，设定为input即可。
Digital Input Polarity： 输入极性是否反向，High：正常逻辑。Low：反向逻辑。

其他刹车功能设定说明如下：

其他刹车功能采用默认值。
Break2功能不开启。

刹车后状态及死区设定说明如下：

Automatic Output State： 刹车信号失效后，互补的 PWM 是否要自动恢复输出，设定Disable，不恢复输出。
OSSR： 若互补通道有一个使能，一个禁用(CCxE=1,CCxNE=0),则使能的端口正常输出PWM波，禁用的端口的状态与OSSR相关。
OSSI： 使能后，PWM Generation ChannelX配置里面的CH_IDLE_STATE和CHN_IDLE_STATE的状态才有效，用于设定刹车后的管脚输出状态。OSSI不使能，刹车后的管脚输出半高阻态，这时候CH_12IDLE_STATE和CHN_IDLE_STATE的设置无任何效果。
Lock Configuration： 使能代码配置Lock保护级别（Lock Level 3的保护级别最高）后，在下次重启前相关输出配置不能被修改。
DeadTime Preload： 死区时间预加载使能，一般设置为Enable。
Dead Time： 死区时间的设置，此项设置为20。
Asymmetrical DeadTime： 死区时间对称使能。设置为不使能Disable。

设定PWM Channel1、Channel2、Channel3互补输出设定都相同，其说明如下：

Mode： 设定为PWM mode 1，模式1表示当计数值Counter小于CCR时，PWM波输出有效电平；模式2表示当计数值Counter大于CCR时，PWM输出有效电平。
Pulse： 这里就是设置CCR寄存器的值。为PWM周期的1/4,占空比为50%，更改此值，可以更改PWM波形占空比。
Output compare preload： CCR寄存器的预装载使能，使能寄存器缓冲。
Fast Mode： 快速输出管脚电平，此工程不使能。
CH Polarity：
设定CH有效电平的极性，HIGH是高电平有效，LOW是低电平有效。PWM波形和这个设定有关系。
CHN Polarity：
设定CHN有效电平的极性，HIGH是高电平有效，LOW是低电平有效。PWM波形和这个设定有关系。
本工程开发板采用Fortior Tech(峰岹)FD2103S预驱芯片,时序逻辑图如下所示，故CH Polarity：High；CHN Polarity：Low。

CH Idle State： 当PWM不输出或者空闲时的状态，SET为高电平，RESET为低电平。
CHN Idle State： 当PWM不输出或者空闲时的状态，SET为高电平，RESET为低电平。

设定PWM Channel4，其说明如下：

Mode： 设定为PWM mode 2，当计数值Counter大于CCR时，PWM输出有效电平，与PWM mode 1相反。
Pulse： 设定在脉冲宽度，进行信号输出。

3、输出工程文件

检查工程文件名称和存放目录，没有问题，点击Generate Code。

二、添加程序代码。

1、程序添加LL库。

LL库是对HAL库的补充。其存放的目录在HAL库文件夹中。

2、添加运行代码。

在main.h文件中，增加语句：

  #include "stm32g4xx_ll_bus.h"
  #include "stm32g4xx_ll_rcc.h"
  #include "stm32g4xx_ll_system.h"
  #include "stm32g4xx_ll_adc.h"
  #include "stm32g4xx_ll_tim.h"
  #include "stm32g4xx_ll_gpio.h"
  #include "stm32g4xx_ll_usart.h"
  #include "stm32g4xx_ll_dac.h"
  #include "stm32g4xx_ll_dma.h"
  #include "stm32g4xx_ll_comp.h"
  #include "stm32g4xx_ll_opamp.h"
  #include "stm32g4xx_ll_cordic.h"

在main.c文件中增加以下语句：

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	
	LL_TIM_EnableCounter(TIM1);
  /* Enable PWM channel */
  LL_TIM_CC_EnableChannel(TIM1, TIMxCCER_MASK_CH123);
	
  /* Main PWM Output Enable */
  TIM1->BDTR |= LL_TIM_OSSI_ENABLE;
  LL_TIM_EnableAllOutputs(TIM1);
	
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		
		LED_RUN();
		
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

三、验证波形

1、查看输入输出波形

本工程开发板采用Fortior Tech(峰岹)FD2103S预驱芯片，所以输入端为同高同低，输出则为高低互补输出，通过示波器观察波形及验证。
由STM32G431引脚输入FD2103S逻辑端波形：

FD2103S输出到MOS管栅极波形：

2、查看死区功能和时间：

PWM信号输入波形：

MOS栅极端电压波形：

总结

本工程成功通过STM32 CUBEMX 实现了基于STM32G431 MCU的三相PWM带有死区的互补输出。

作者：向上高远