PWM控制原理

一、基础知识

参数	定义	公式	示例
频率 f	1 秒内信号从高到低再回到高电平的次数（周期个数）	f = 1 / T	50 Hz
周期 T	一个完整脉冲的时间长度	T = 1 / f	20 ms
占空比	高电平时间占整个周期的比例	占空比 = (高电平时间 / T) × 100%	50%（高电平 10ms，低电平 10ms）

1.1 PWM 工作原理（以递增计数为例）

设置两个关键寄存器：

ARR（自动重载寄存器）：计数器累加的最大值
比较值（CCR）：与当前计数值进行比较的阈值
CNT（计数器寄存器）：计数器当前计数的值

工作过程：

CNT 从 0 开始递增
当 CNT < 比较值时，输出高电平
当 CNT ≥ 比较值时，输出低电平
当 CNT 计数到 ARR 时，清零并重新从 0 开始
所以一个周期就为CNT的值从0开始加，加到ARR，这个过程中与比较值比较的结果

结论：

ARR 决定 PWM 周期（一个周期 = CNT 从 0 加到 ARR 的时间）
比较值决定 PWM 占空比（高电平时间 = 比较值 × 每个计数步长的时间）

下面是PWM的时序图

1.2 PWM输出比较内部结构

条件	说明
完成对预装载寄存器的写入	用户通过 CCR1H/CCR1L 成功写入比较值
通道配置为输出模式	CC1S $1:0$ 设置为输出模式（非输入捕获）
OC1PE 决定传输时机	OC1PE=0 时立即传输；OC1PE=1 时等待更新事件（UEV）

CCR1H 和 CCR1L 是两个 8 位寄存器，合起来组成一个 16 位的捕获/比较寄存器 1（CCR1），用于存放与计数器 CNT 比较的数值（输出模式）。

写入比较值的过程

用户通过总线写入 CCR1H 和 CCR1L 时，写控制逻辑会产生一个 "write_in_progress" 的内部状态信号，
write_in_progress 的高电平表示正在写入，其下降沿才代表写入成功；
未写入时信号一直为低电平且无下降沿，通过检测边沿而非电平来区分"从未写入"和"写入已完成"。。

1.3 PWM输出控制内部结构

类别	项目	说明
输入信号	OCREF_CLR	当ETRF（TIMx_SMCR 配置的外部触发信号）检测到高电平时，强制清零 OC1REF，实现逐周期电流管理（如刹车或过流保护）
	CNT > CCR1	来自时基单元（CNT 与 CCR1 比较结果），判断当前计数值是否大于比较值，用于决定输出电平
	CNT = CCR1	来自时基单元（CNT 与 CCR1 比较结果），判断当前计数值是否等于比较值，用于产生匹配事件
控制参数	OC1M $2:0$	来自 TIMx_CCMR1，决定当 CNT 与 CCR1 判断时 OC1REF 的行为（置高、置低、翻转或强制固定电平）
输出信号	OC1REF	输出模式控制器产生的中间参考信号，决定 PWM 或比较输出的原始波形形态，再经输出控制单元送到芯片引脚

CC1P 位（来自 TIMx_CCER）用于选择输出极性；选择高/低电平有效

CC1E是输出使能

1.4 两种中断

类别	状态标志	含义	置1条件	中断控制位	作用
捕获/比较	CC1IF	捕获/比较1中断标志	当 TIMx_CNT = TIMx_CCR1时	CC1IE	决定 PWM 占空比
更新	UIF	更新中断标志	计数器溢出时（UDIS=0 允许 UEV 更新）	UIE	决定 PWM 频率

二、输入脉宽捕获

2.1 基本原理

捕获过程：你把 TIMx 的某个通道（比如通道1）配置为输入捕获模式，并选择要捕获的边沿（比如上升沿）。
事件发生 ：当外部信号引脚的上升沿到来时，当前计数器的值 会立刻被自动锁存 到对应的捕获/比较寄存器 TIMx_CCR1 里。
软件介入 ：同时，硬件会触发捕获中断（如果使能了）。你可以在中断服务程序里读出 TIMx_CCR1 里的值。
计算脉宽：
- 捕获第一次上升沿：记录值 t1。
- 捕获紧接着的下降沿：记录值 t2。
- 脉宽 = t2 - t1（乘以计数周期就是实际时间）

Nuev是溢出次数

2.2 内部结构

2.3 输入捕获中断

输入捕获中断包含两种主要中断来源：

捕获/比较中断（为了先检测上升沿后转下降沿）
- 触发条件：CH通道发生输入捕获事件
- 标志位：CC1IF（捕获/比较中断标志）置 1
- 使能控制：CCxIE
- 产生条件：捕获事件发生
更新中断（为了获取溢出次数）
- 触发条件：计数器溢出（且 UDIS = 0 允许 UEV 更新）
- 标志位：UIF（更新中断标志）置 1
- 使能控制：UIE
- 产生条件：计数器溢出

表格简记：

状态标志	中断控制	状态名称	含义
CCxF	CCxIE	捕获/比较x中断标志	发生捕获事件
UIF	UIE	更新中断标志	计数器溢出

三、脉冲计数

3.1 基本原理

3.1.1 从模式

允许定时器根据外部信号或内部事件来同步或控制其计数行为

SMS	模式	描述
000	禁止从模式	CEN=1 时，预分频器时钟直接由内部时钟提供
100	复位模式	所选触发输入（TRGI）上升沿时，重新初始化计数器并生成更新事件
101	门控模式	TRGI 为高电平时使能计数器时钟；低电平时立即停止（不复位）
110	触发模式	TRGI 上升沿时启动计数器（不复位）
111	外部时钟模式1	由 TRGI 的上升沿提供计数器时钟

3.1.2 定时器内部同步（级联）

定时器可通过内部硬件连接实现同步或级联 ：一个定时器作为主模式 ，另一个作为从模式 ，主定时器可以对从定时器的计数器执行复位、启动、停止 或提供时钟。

典型应用场景

多个定时器级联实现更长位数的计数器
一个定时器触发另一个定时器开始计数
一个定时器的更新事件作为另一个定时器的时钟源

3.2 输入脉冲计数中断

两种中断来源：

1. 触发中断

触发条件：CH通道出现选定的输入信号（上升沿或下降沿）
标志位 ：TIF（触发中断标志）置1
使能控制 ：TIE
产生事件：外部通道出现选定信号

2. 更新中断

触发条件 ：计数器溢出（且 UDIS = 0 允许 UEV 更新）
标志位 ：UIF（更新中断标志）置1
使能控制 ：UIE
产生事件：计数器溢出

状态标志	中断控制	状态名称	含义
TIF	TIE	触发中断标志	外部通道出现选定信号
UIF	UIE	更新中断标志	计数器溢出

一、 基础知识