【STM32】定时器输出比较模式

STM32 定时器 - 输出比较模式(Output Compare)


🧭 输出比较模式概述

STM32 的定时器支持输出比较(Output Compare, OC)功能,用于在定时器计数达到指定值时触发某种动作(如设置电平、翻转电平、输出PWM等)。

输出比较模式的本质是:当 CNT(计数器)计数值与 CCRx(比较寄存器)相等时,输出控制器根据配置执行相应动作

常用的输出比较模式包括:

模式名称 描述
冻结(Frozen) 不做任何操作(默认)
主动电平设置 设置输出为高电平
主动电平清除 设置输出为低电平
电平翻转 翻转输出引脚电平
强制高电平 强制输出高电平
强制低电平 强制输出低电平
PWM模式1 CNT < CCRx时输出有效电平,反之无效电平
PWM模式2 CNT < CCRx时输出无效电平,反之有效电平

⚠️ 注意:"有效/无效电平"取决于 CCxP(输出极性)设置。


🔧 PWM 模式详解(PWM Mode 1 / 2)

✅ 工作原理

以 PWM 模式 1 为例:

  • CNT 从 0 增加计数,当 CNT < CCRx 时输出有效电平;
  • CNT >= CCRx 时输出为无效电平;
  • 到达自动重装载值 ARR 后 CNT 重置为 0,重新开始周期。

📐 占空比计算

复制代码
占空比(%) = CCRx / ARR × 100%

例如 ARR=999,CCRx=499,PWM频率=定时器更新频率,输出占空比为 50%。

📥 相关寄存器

寄存器 说明
TIMx->ARR 自动重装载寄存器,控制 PWM 周期
TIMx->CCR1~4 比较寄存器,控制 PWM 占空比
TIMx->CCMRx 设置输出比较模式(PWM模式等)
TIMx->CCER 控制输出使能与极性
TIMx->CR1 启动计数器(CEN位)

🧠 影子寄存器机制

  • ARR、CCR 寄存器都有影子寄存器;
  • 修改这些寄存器的值不会立即生效 ,只有在一次更新事件(UEV)之后才会从影子寄存器更新到真实寄存器
  • 这样可以防止在运行时突然改变输出;
  • 可以通过设置 ARPE(自动重载预装载使能)控制 ARR 是否使用影子寄存器。

可以通过软件触发一次更新事件使寄存器值立即生效:TIMx->EGR |= TIM_EGR_UG;

🧰 CUBEMX 配置方法

  1. 打开定时器,选择 PWM Generation CHx 模式;

  2. Configuration 中:

    • 设置 Prescaler(预分频器)和 Counter Period(ARR值)决定 PWM 频率;
    • 设置 Pulse 值(即 CCRx)决定占空比;
  3. 使能通道输出(TIMx->CCER 的 CCxE 位);

  4. 启用自动重载缓冲(ARPE);

  5. 生成代码后使用以下代码启用:

c 复制代码
HAL_TIM_PWM_Start(&htimx, TIM_CHANNEL_x);
  1. 更改占空比:
c 复制代码
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htimx, TIM_CHANNEL_x, new_ccr);

📝 简略介绍其他输出比较模式

模式名称 使用场景 / 原理
Frozen 默认无操作,用于禁用通道
Active CNT == CCRx 时输出引脚置为高电平
Inactive CNT == CCRx 时输出引脚置为低电平
Toggle CNT == CCRx 时翻转输出电平(适用于输出方波)
Force High 不受 CNT 控制,直接将引脚设置为高电平
Force Low 不受 CNT 控制,直接将引脚设置为低电平

可通过设置 TIMx->CCMRx 寄存器中的 OCxM 位字段选择这些模式。


📚 示例代码片段(PWM模式)

c 复制代码
// 初始化 PWM 通道
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);

// 修改占空比
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 750); // 设置占空比为 75%

✅ 总结

  • 输出比较模式用于定时器触发特定输出行为;
  • PWM 模式是输出比较中最常用的子模式;
  • PWM 波形的占空比和频率由 CCRx 和 ARR 控制;
  • 输出比较寄存器和自动重装载寄存器均有影子寄存器,提高了运行时稳定性;
  • 推荐使用 STM32CubeMX 配合 HAL 库快速实现 PWM。
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