代码收藏家技术教程 2024-05-31

STM32 PWM 计数器模式及对齐方式详解

STM32 PWM 计数器模式和对齐

1. TIM高级定时器简介

2. TIM计数模式

2.1 向上计数

2.2 向下计数

2.3 中心对齐模式（向上/向下计数）

2.4 重复计数

3. PWM输出模式

3.1 举例看下PWM中心对齐模式，设置参数如下：

4. FOC中PWM相关设置说明

4.1 Update Event 触发ADC采集

4.2 Output Channel4触发ADC采集

4.3 测试过程中发现的小问题

5. 后记：TIM中心对齐与PWM中心对齐模式区别

5.1 TIM中心对齐

5.2 PWM中心对齐模式

1. TIM高级定时器简介

TIM1和TIM8高级定时器框图如下：

CCxI：capture/compare x interrupt，例如CC1I，表示CC1 interrupt

OCxREF：output compare reference，输出比较参考电平

TIM中的中断如下图，除了DMA中断外，常用的几类中断：

BI：break interrupt 刹车中断

TI：Trigger interrupt 触发中断

COMI：COM interrupt COM中断

CCxI：capture/compare interrupt，捕获/比较中断

UI：update interrupt，更新中断

2. TIM计数模式

2.1 向上计数

计数器从0开始计数到自动加载值（TIMx_ARR），然后重新从0开始计数，并产生一个计数器溢出事件

如果使用了重复计数器功能，在向上计数达到设置的重复计数次数（TIMx_RCR）时，产生更新时间（UEV），否则每次计数器溢出时才产生更新时间

2.2 向下计数

计数器从自动加载值（TIMx_ARR）开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始，并产生一个计数器向下溢出事件

如果使用了重复计数器功能，在向下计数达到设置的重复计数次数（TIMx_RCR）时，产生更新时间（UEV），否则每次计数器下溢时才产生更新时间

2.3 中心对齐模式（向上/向下计数）

在中心对齐模式，计数器从0开始计数到自动加载的值（TIMx_ARR）-1，产生一个计数器溢出时间，然后向下计数到1，并产生一个计数器下溢事件，然后再从0开始重新计数

中心对齐模式下：不能写入TIMx_CR1中的DIR方向位。它由硬件更新并指示当前的计数方向

可以在每次计数上溢和每次计数下溢时产生更新事件，对应产生UI（update interrupt）中断

2.4 重复计数

重复计数器在以下任一条件成立时递减：

向上计数模式下每次计数器溢出时

向下计数模式下每次计数器下溢时

中心对齐模式下，每次上溢和每次下溢时

从上图中可以看出：对于中心对齐模式，RCR不同值的含义，此处产生UI（update interrupt）中断

0：每次上溢、下溢都会产生中断

1：每次下溢时产生中断

2：上溢、下溢间隔，产生中断

3：每两次下溢产生中断

3和重新同步：每两次下溢，或者同步时产生中断

在STM32CubeMX中设置Trigger Event为 UpdateEvent时，Repetition Counter才起作用

设置Trigger Event为其他模式时，Repetition Counter不起作用

3. PWM输出模式

PWM输出模式可以与TIM的对齐模式对应起来。
PWM模式寄存器TIMx_CR1中的CMS[1:0]：根据产生中断方式不同来区分，此处会产生CCxI（capture/compare interrupt），会影响输出比较中断触发时间点，但是不会影响PWM输出波形

00: 边沿对齐模式。计数器依据方向位（DIR）向上或向下计数

01：中心对齐模式1；输出比较中断标志位，向下计数时被设置

10：中心对齐模式2；输出比较中断标志位，向上计数时被设置

11：中心对齐模式3；输出比较中断标志位，向上计数和向下计数时被设置

对应设置的中断标志位。

3.1 举例看下PWM中心对齐模式，设置参数如下：

ARR = 8，自动重载寄存器，周期计数8

CCRx = 4，捕获/比较寄存器，计数值4

不同CMS模式下，CCI触发的时间点：

CMS=01：中心对齐模式1，只在计数器向下计数时被设置。如图向下计数从5到4时触发CCxI

CMS=10：中心对齐模式2，只在计数器向上计数时被设置。如图向上计数从3到4时触发CCxI

CMS=11：中心对齐模式3，在计数器向上、向下计数时都会被设置。如图向上计数从3到4，向下计数从5到4时都会触发CCxI

同时可以看到：计数器<CCR值时，OCxREF输出高电平，计数器>CCR值时，OCxREF输出低电平

在极性为高时（CH polarity = High），得到如下图PWM波形。

计数器Counter< CCR时，输出高电平

计数器Counter> CCR时，输出低电平

对应STM32CubeMX选择counter mode

4. FOC中PWM相关设置说明

4.1 Update Event 触发ADC采集

选择Trigger EVent Selection为：Update Event，这里用的TIM计数器Update interrupt
设置Repetition Counter = 1，只在每次下溢时产生中断，每次上溢时不产生中断
因为是中心对齐模式，所以Counter register从0向上计数ARR值（3500），再从ARR值（3500）向下计数到0。所以Update Event触发的时间只和ARR寄存器相关，和CCR值无关
这里CCR的值，即pulse，触发的是ICxI，不会影响UI（Update interrupt）

4.2 Output Channel4触发ADC采集

选择Trigger EVent Selection为：Output compare（OC4REF），这里用的PWM的ICxI 中断
选择TIM1的Channel4为 PWM generation no Output
设置Trigger EVent Selection为 Output compare（OC4REF）
这里由CCR的值，即pulse触发中断，与ARR值，即period无关
如果pulse=1，则计数Counter刚开始马上触发中断，刚好在PWM Channel N的低电平中心点
如果pulse=ARR值-1，则计数Counter快到ARR值（3500）时才触发中断，刚好在PWM Channel N的高电平中心点
设置PWM generation Channel4的 pulse，确定采用时间点：

设置为3500-1时：PWM-Channel 1 N 高电平中心点采样。图中蓝色对应PWM-Channel 1 N ，黄色对应PC4（在ADC注入中断函数中toggle电平）

设置为1时： PWM-Channel 1 N 低电平中心点采样。图中蓝色对应PWM-Channel 1 N ，黄色对应PC4（在ADC注入中断函数中toggle电平）

4.3 测试过程中发现的小问题

以上两种模式存在同样的问题：

PWM Channel1 N(蓝色)高电平中心点，与注入中断触发输出（黄色）始终有3us的延时，无法消除。可能原因是中断回调函数中，设置PC4电平需要花费时间

void HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_4);
    m0_phB = hadc->Instance->JDR1;
    m0_phC = hadc->Instance->JDR2;
}

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