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STM32定时器输出比较技术详解

文章目录

  • 一、输出比较简介
  • 通用定时器输出比较部分电路
  • 输出模式寄存器
  • 二、PWM
  • PWM简介
  • PWM基本结构
  • 三、配置PWM
  • 函数介绍
  • 配置PWM波形输出端口

    • 一、输出比较简介

    OC（Output Compare）输出比较
    输出比较可以通过比较CNT与CCR寄存器值的关系，来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形。
    每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输出比较通道
    高级定时器的前3个通道额外拥有死区生成和互补输出的功能

    通用定时器输出比较部分电路


    工作流程
    最左边是寄存器CNT和CCR1的捕获比较寄存器，CNT≥CCR1时（需提前配置好CCR1中的值，使用结构体变量配置CCR1，也可函数单独配置）
    给输出模式控制器传递信号，控制器再给OC1ref（reference即参考信号）传递高低电平；
    REF主要走下路，通过极性选择后（写0，走上路保持原电平；写1，走下路电平取反；故配置OC模式时，需选择极性，使用结构体变量配置极性）；
    输出使能电路选择是否输出（CC1E给输出使能电路写值；故配置OC模式时，需使能OC电路，使用结构体变量使能电路）；
    最后到达OC1引脚，到达GPIO口。

    输出模式寄存器


    冻结：CNT和CCR无效，REF保持原状态。
    匹配时置有效电平和无效电平，分别是指高低电平。（信号是一次性的，不适合输出连续变化的波形；如置配置时置有效电平模式，满足条件后，信号一直保持有效电平）
    配置时电平翻转：可以形成一个50占空比的PWM波形。
    强制为无效或有效电平，和冻结模式类似，只是指定了冻结后的高低电平，如果想暂停输出波形，并且在暂停期间置高低电平，可以选择此模式。
    PWM1和PWM2，一般使用向上计数，二者只是极性不同，通常使用PWM1。
    输出模式和选择极性都可以配置信号极性，非常灵活。（即PWM模式选择改变极性；结构体配置选择极性时，也可改变）

    二、PWM

    PWM简介

    PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制
    在具有惯性的系统中，可以通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的模拟参量，常应用于电机控速等领域。

    PWM参数：
    频率 = 1 / TS
    占空比 = TON / TS
    分辨率 = 占空比变化步距

    PWM基本结构


    红线为CCR值，黄线为ARR,蓝线为CNT。
    以PWM1为例，当CNT<ARR时高电平，>时，为低电平。

    三、配置PWM

    第一步：RCC开启时钟，打开我们要用的TIM，GPIO外设的时钟打开。
    第二步：配置时基单元。
    第三步：配置输出比较单元，包括CCR的值，输出比较模式，极性选择，输出使能这些参数
    第四步：配置GPIO位复用推挽输出。
    第五步：运行控制。启动计数器。

    函数介绍

    承接上节函数介绍，将继续介绍，与TIM输出比较相关的函数的作用。

    初始化TIM输出比较功能 （OC1-4分别为定时器的四个通道）

    void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);//重要 参数1：选择定时器；参数2：结构体配置具体功能
void TIM_OC2Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);
void TIM_OC3Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);
void TIM_OC4Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);

    结构体赋默认值

    void TIM_OCStructInit(TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);

    配置强制输出模式

    void TIM_ForcedOC1Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ForcedAction);
void TIM_ForcedOC2Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ForcedAction);
void TIM_ForcedOC3Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ForcedAction);
void TIM_ForcedOC4Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ForcedAction);

    配置CCR寄存器的预装功能（预装功能上节有讲，不在叙述；OC1-4分别表示4个输出/捕获通道）

    void TIM_OC1PreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);
void TIM_OC2PreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);
void TIM_OC3PreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);
void TIM_OC4PreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);

    配置快速使能

    void TIM_OC1FastConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCFast);
void TIM_OC2FastConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCFast);
void TIM_OC3FastConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCFast);
void TIM_OC4FastConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCFast);

    外部事件时清除REF信号

    void TIM_ClearOC1Ref(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCClear);
void TIM_ClearOC2Ref(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCClear);
void TIM_ClearOC3Ref(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCClear);
void TIM_ClearOC4Ref(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCClear);

    单独设置输出比较极性的（N是指高级定时器的互补通道，结构体初始化也可以设置极性，一般来说结构体里的参数都可以用函数来单独修改的）。

    void TIM_OC1PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);
void TIM_OC1NPolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCNPolarity);
void TIM_OC2PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);
void TIM_OC2NPolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCNPolarity);
void TIM_OC3PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);
void TIM_OC3NPolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCNPolarity);
void TIM_OC4PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);

    来单独修改输出使能参数的

    void TIM_CCxCmd(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_Channel, uint16_t TIM_CCx);//
void TIM_CCxNCmd(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_Channel, uint16_t TIM_CCxN);

    单独修改输出比较模式的

    void TIM_SelectOCxM(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_Channel, uint16_t TIM_OCMode);//

    单独配置CCR的值的

    void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1);
void TIM_SetCompare2(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare2);
void TIM_SetCompare3(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare3);
void TIM_SetCompare4(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare4);

    仅高级定时器使用，当高级定时器输出PWM时，调用此函数，使能主输出，否则无法正常输出PWM。

    void TIM_CtrlPWMOutputs(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);

    TIM配置代码

    	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);

	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=10000;//ARR
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=7200-1;//PSC
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter=0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);
	//以上为配置时基单元的部分，详看上节
	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;//结构体赋初值，下面再更改我们需要用的值，结构体变量中有很多高级定时器的功能，我们暂不需要，调用函数设默认值即可
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;//配置为PWM模式1
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;//极性选择
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;//配置使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=;//配置CCR的值（可提前配置，PWM则保持一个固定的占空比；也可后续调用函数更改，改变PWM的占空比）
	
	TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);//将TIM2中OC1配置为上述模式
	
	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE );//打开定时器2

    PWM频率 Freq=CK_PSC/(PSC+1)/(ARR+1)
    PWM占空比 Duty=CCR/（ARR+1）
    PWM分辨率Reso=1/（ARR+1）
    产生一个频率为1KHZ，占空比50%，分辨率为1%PWM波形
    得：ARR=100；CCR=50；PSC=720；

    配置PWM波形输出端口

    配置OC1借用的GPIO口

    再STM32最小系统板中，TIM2的CH1和ETR都复用在PA0引脚上，故使用TIM2的CH1只能在PA0输出。


    若两个引脚冲突，可使用重定义功能（引脚重映射），如图中TIM2的CH3，只能重映射到指定位置的引脚。

    GPIO配置代码

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出模式，将控制权转交给片上外设。
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

    void PWM_SetCompare1(uint16_t n)
{
	TIM_SetCompare1(TIM2,n);//单独更改PWM占空比
}

//主程序 while中
for (i = 0; i <= 100; i++)
		{
			PWM_SetCompare1(i);			//依次将定时器的CCR寄存器设置为0~100，PWM占空比逐渐增大，LED逐渐变亮
			Delay_ms(10);				//延时10ms
		}
		for (i = 0; i <= 100; i++)
		{
			PWM_SetCompare1(100 - i);	//依次将定时器的CCR寄存器设置为100~0，PWM占空比逐渐减小，LED逐渐变暗
			Delay_ms(10);				//延时10ms
		}

    延时函数的作用是，防止LED变化过快，人眼无法捕捉现象（呈现出一平均值，设置为0-100占空比，若没有延时函数，平均值为50），故暂定一段时间。

    作者：啊？啊？啊？

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