【江科大】STM32：（超级详细）定时器输出比较

白糖熊2024-01-23 14:28

文章目录

输出比较单元

  • 名词解释
    IC input capture 输入捕获
    OC outpucompare 输出比较
    CC capture compare 输入捕获和输出比较的单元
    OC（Output Compare）输出比较 ：用来输出PWM波形

特点

  • 输出比较可以通过比较CNT（计数器）与CCR（捕获/比较）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（用于驱动三相无刷电机）

    通用定时器：均有4个通道

高级定时器：均有4个通道

PWM简介

PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制

  • 必须是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的频率在几千到几十KHZ就已经很快了)（分辨率 表示占空比的精细程度）
  1. TON：高电平的时间
  2. TS：一个周期的时间
    (频率 = 1 / TS 可以看出周期越大，那么频率就越小，就越平稳。
    占空比 = TON / TS)
    TON/TS：高电平相对整个周期的比例
    如果TON = 20% 那么低电平就是80%，占空比越大，等效的模拟电压就越接近于高电平。

（PWM调光，通过高频点亮熄灭，点亮熄灭来实现对灯光强弱的控制，只要闪的够快就发现不了是正常的还是没有的）

原因：LED熄灭时，由于人眼的余辉和视觉暂留现象，LED不会立刻熄灭，过一小段才会熄灭，电机也是因为惯性过一会才会停下来

输出比较通道

极性选择：就是选择要不要把高低电平反转一下

PWM基本结构

占空比和CCR值有关

基本定时器

参数计算

  1. PWM输出的通道口时CH1
  2. 根据引脚定义表，得出GPIO口时PA0
  3. 输出模式选用复用推挽输出，原因是采用定时器来进行输出控制
  4. CCR的值
    根据PWM频率
    Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1) :
    72MHZ/(PSC+1)/(ARR+1) = 1000
    PSC+1 =72000000/1000000=720HZ
    PWM占空比：
    Duty = CCR / (ARR + 1) CCR/(ARR+1) = 50% --》 CCR = 50
    PWM分辨率：
    Reso = 1 / (ARR + 1) 1/（ARR+1) = 1% --》ARR+1 = 100
    分辨率是自己给的

捕获/比较通道的输出部分

对于普通的推挽输出：引脚的控制权来自于输出数据寄存器，来进行输出控制

而想要定时器来控制引脚就需要使用复用开漏推挽输出。（定时器属于片上外设）

  • 重复次数计数器：
    实现每隔几个周期再更新一次。之前是，每个周期都更新，对更新信号再分频
  • DTG：死区生成电路，防止电流直通
  • RK刹车输入功能：给电机驱动提供安全保证。如内部时钟失效，控制电路会自动切断电路
  • AFIO：端口重映射


如果要重定义某个端口：

c 复制代码 
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//给AFIO使能
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2,ENABLE);  //重映射 把CH1的PA0换到PA15
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable ,ENABLE);//关闭PA15的调试端口的功能


详细介绍如下：

  1. RCC 把GPIO，TIM外设的时钟打开
  2. 配置时基单元
  3. 配置输出比较单元，时钟源选择
  4. 配置输出比较单元，CCR的值，输出比较模式，极性选择，输出使能
  5. 配置GPIO ，配置为复用推免
  6. 运行控制，启动计数器
c 复制代码 
 	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);//给TIM2使能
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//给GPIO使能
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode =  GPIO_Mode_AF_PP;  //由于定时器属于片上外设，所以采用复用推挽输出，
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;   //根据引脚表的出CH_1所在引脚时PA0
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2); //选择内部时钟   给时基单元提供时钟
	
	//时基单元
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  //每一个时钟后面都会加一个滤波器，
	                                                          //作用就是为是信号更加稳定，使用的采样的方式，
	                                                          //在输入的脉冲中采样，按照n/f，因此采样系数越大，延迟越大
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数方式，递增
	
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 100-1;  //ARR =100 
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 720-1;  // psc = 720
	                                               //预分频器，72MHZ进行7200分频 ，
	                                               //72000/7200 = 10KHZ    1ms = 1KHZ  
	                                               //10KHZ下记10000个数   10000/10000HZ = 1S
	                                                                   //  f = 1/t 
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;  //重复计数器（高级定时器才有）
  TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStruct);
    
  //配置比较输出模块
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStruct);//给结构体赋初始值
	TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;//输出比较模式
                                                  //TIM_OCInitStruct.TIM_OCNIdleState = ;  //带N的都是高级定时器才用的
                                                  //TIM_OCInitStruct.TIM_OCNPolarity = ;
	TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  //输出比较极性
                                                  //TIM_OCInitStruct.TIM_OutputNState = ;
	TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //使能输出状态
	TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 50;//CCR的值
	
	TIM_OC1Init(TIM2,&TIM_OCInitStruct);  
	
	//运行控制，所有的模块配置完毕，启动时基单元
	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
  //如果要使用高级定时器，就需要把TIM2改为TIM1，那么结构原来用不到的成员。就需要用到，这些成员又没有赋值，
	//这个时候就会出现奇怪的问题，如果把初始化函数放在的程序第一行没有问题，初始化函数前面出现了其他的代码，那么4路PWM就会有3路不能输出。这竟然和初始化函数在那一行有关。
	//原因是，没有给结构体配置完整，也没有给结构体赋初始值。所以要用到structInit()函数，给结构体赋初始值。

舵机介绍

舵机是一种根据输入PWM信号占空比来控制输出角度的装置

输入PWM（可当作一种输出协议）信号要求：周期为20ms，高电平宽度为0.5ms~2.5ms

  • PWM输入到控制板，给控制板一个指定的目标角度，然后这个电位器检测当前的输出角度，如果大于目标角度，电机就会反转

硬件电路

c 复制代码 
void Servo_Init(void)
{
	PWM_Init();
}

void Servo_SetAngle(float Angle)
{
	//0  500   
	//180  2500       度数     
	PWM_SetCompare2(Angle / 180 * 2000 + 500);
}

PWM驱动舵机

直流电机介绍：

直流电机驱动代码

1.RCC使能GPIO

2.选择时钟，给定时器单元使能

3.配置时基单元（也就是计数模块）

4.配置输出比较模块

5.启动时基单元

6.逻辑函数

选用的是通用定时器TIM2，

由于直流电机上的PWMA连接的是PA2口，根据引脚定义表。PA2对应的时钟通道是TIM2_CH3.

所以在选择输出比较通道时，选择初始化3通道。TIM_OC3Init(TIM2,&TIM_OCInitStruct);

c 复制代码 
void Motor_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); 
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  //推挽输出模式，高低电平均可以亮
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5; 	  //方向控制角
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed =  GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct); 
	
	
	PWM_Init();
}

void Motor_SetSpeed(uint8_t speed)
{
	if(speed >= 0)
	{
		GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);  //给端口4给高 5给低 正转
		GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5);
		PWM_SetCompare3(speed);      //给PWM设置CCR的值 捕获比较值，根据不同CCR的值，得到PWM波也不同，输出的速度自然不同
	}    
	else
	{
		GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);   //给端口4给低 5给高 反转
	    GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5);
		PWM_SetCompare3(-speed);
	}
}

输出比较（库函数）

cpp 复制代码 
//配置输出比较单元
void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);
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);
void TIM_OCStructInit(TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);


//配置强制输出模式
//如果暂停输出波形并且强制输出高/低电平，强制设置高电平，和设置100%占空比是一样的
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);
c 复制代码 
//用来单独设置输出比较的极性，带N的就是高级定时器，互补通道的配置，OC4没有互补通道，所以没有OC4N的函数。
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);
//用来单独修改输出使能函数
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);
//单独修改选择输出比较模式
void TIM_SelectOCxM(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_Channel, uint16_t TIM_OCMode);
//用来单独修改CCR寄存器值的函数 ，更改占空比 （掌握）
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);
c 复制代码 
//这个函数仅再高级定时器使用！！！！！！，在使用高级定时器输出PWM时，需要调用这个函数使能主输出，否则PWM将不再正常输出
void TIM_CtrlPWMOutputs(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);
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