STM32——TIM输出比较

news2024/12/25 10:47:28

文章目录

  • 一、TIM输出比较
    • 输出比较简介
    • PWM简介
    • 输出比较通道(高级)
    • 输出比较通道(通用)
    • 输出比较模式控制器工作原理
    • PWM基本结构
    • 参数计算
  • 三、PWM驱动LED呼吸灯
    • 电路设计
    • 关键代码
    • 关键函数与参数
      • 引脚重映射
      • 取消默认调试功能函数
      • 极性选择
      • 决定占空比，周期的三个函数
  • 四、PWM驱动舵机
    • 硬件介绍
    • 电路设计
    • 关键代码
  • 五、PWM驱动直流电机
    • 硬件介绍
    • 电路设计
    • 关键代码
  • 六、定时器库函数（tim.h）

一、TIM输出比较

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，每个输出比较通道对应一个引脚
  • 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【用于三相无刷电机】
  • CCR捕获/比较寄存器是输入捕获和输出比较共用的

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，测量，通信，功率调试
    在这里插入图片描述

  • PWM参数：
    在这里插入图片描述

    • 频率 = 1 / TS 与等效的模拟量信号的平稳相关，性能开销相关
    • 占空比 = TON / TS 决定模拟电压的大小
    • 分辨率 = 占空比变化步距

输出比较通道(高级)

  • 高级定时器框图
    在这里插入图片描述
  • 通道的输出部分
    在这里插入图片描述

输出比较通道(通用)

  • 通用定时器框图
    在这里插入图片描述
  • 通道的输出部分
    在这里插入图片描述
  • oc1ref：输出高低电平（实际上就是REF信号）
  • 可以将REF映射到主模式的TRGO输出上
  • cc1p：级性选择：是否需要翻转，0是不翻转，1是非门，翻转

输出比较模式控制器工作原理

在这里插入图片描述

  • 有效电平理解为高电平，无效电平理解为低电平，和高级定时器里面的关断，刹车功能配合
  • pwm模式1和模式2类似，只是极性相反
  • 在输出模式控制器中可以设置极性，同时，在cc1p也可以设置极性，极性的设置较为灵活

PWM基本结构

在这里插入图片描述

  • 图中参考的输出比较模式选定为PWM模式1

参数计算

在这里插入图片描述

  • PWM频率（HZ）：Freq = CK_PSC（默认72MHZ） / (PSC + 1) / (ARR + 1)=计数器更新频率=计数器溢出频率

  • PWM占空比（%）：Duty = CCR / (ARR + 1)

  • PWM分辨率（%）：Reso = 1 / (ARR + 1)，ARR值越大，分辨率越好，CRR值越大越好

  • PWM周期=定时时长=计数器溢出频率的倒数

三、PWM驱动LED呼吸灯

电路设计

在这里插入图片描述

  • 正极接A0引脚，输出高电平时点亮，占空比越大则越亮

关键代码

功能：产生一个频率为1KHZ的呼吸灯
原理：占空比由小到到再由大到小

pwm.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void PWM_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	//引脚重映射
	//RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);//AFIO管理引脚重映射
	//GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);重映射有部分重映射和完全重映射，需要查看手册配置相应的模式，此处使用部分重映射1模式
	//GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);//PA15默认为调试端口，需要关闭调试端口复用，再设置为普通IO或复用定时器通道。调试端口有5个，通过参数可以将五个都复用，但是会导致只能使用串口下载
		
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;		//GPIO_Pin_15;也可以，需要重映射
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//PA0功能为TIM2_CH1_ETR
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;		//ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;		//PSC
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);//先给结构体中变量赋初始化，在修改部分结构体成员，避免没修改的部分报错
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;//输出比较模式为PWM模式1
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;//输出比较极性，该极性表示不翻转
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;//设置输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;		//CCR寄存器初始值
	TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);//OC1通道初始化
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);//由于ARR等于100，此时CCR的值可以看做占空比
}

mian.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "PWM.h"

uint8_t i;

int main(void)
{
	OLED_Init();
	PWM_Init();
	
	while (1)
	{
		for (i = 0; i <= 100; i++)
		{
			PWM_SetCompare1(i);
			Delay_ms(10);
		}
		for (i = 0; i <= 100; i++)
		{
			PWM_SetCompare1(100 - i);
			Delay_ms(10);
		}
	}
}

关键函数与参数

当使用输出比较通道1时，GPIO只能使用功能TIMx_CH1的PA0和PA15引脚（需要引脚重映射），根据用户手册配置模式为推挽复用输出。采用复用推挽输出，输出控制权将由输出寄存器转移到片上外设（定时器TIM2的CH1通道）

  • 用户手册
    在这里插入图片描述
  • 推挽复用输出时，控制信号来自片上外设：
    在这里插入图片描述

引脚重映射

引脚重映射函数

GPIO_PinRemapConfig（）

将PA15映射到定时器输出模式的参数

@arg GPIO_PartialRemap1_TIM2     : TIM2 Partial1 Alternate Function mapping//部分重映射1
@arg GPIO_PartialRemap2_TIM2     : TIM2 Partial2 Alternate Function mapping//部分重映射2
@arg GPIO_FullRemap_TIM2         : TIM2 Full Alternate Function mapping//完全重映射

对应的用户手册中PA15引脚重映射函数的参数值
在这里插入图片描述

取消默认调试功能函数

引脚重映射函数

GPIO_PinRemapConfig（）

取消PA15默认的调试功能的函数参数

@arg GPIO_Remap_SWJ_NoJTRST      : Full SWJ Enabled (JTAG-DP + SW-DP) but without JTRST//解除JTRST复用，即PB4可以复用，其他还是调试端口
@arg GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable  : JTAG-DP Disabled and SW-DP Enabled//解除JTAG端口复用，即PA15，PB3，PB4可以复用
@arg GPIO_Remap_SWJ_Disable      : Full SWJ Disabled (JTAG-DP + SW-DP)//解除SWJ端口复用，即PA13，PA14，PA15，PB3，PB4可以复用

对应的用户手册中取消PA15默认的调试功能的函数参数
在这里插入图片描述

引脚功能图

在这里插入图片描述

极性选择

  • TIM_OCPolarity_High，高极性，不翻转
  • TIM_OCPolarity_Low，低极性，翻转电平

决定占空比，周期的三个函数

TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=100 - 1;//ARR
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=720 - 1;//PSC
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=0;//CCR此时为占空比

四、PWM驱动舵机

硬件介绍

  • 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信号要求：pwm周期为20ms（50hz），高电平宽度为0.5ms~2.5ms
    在这里插入图片描述

电路设计

在这里插入图片描述

关键代码

实现功能：按下按键旋转30度，到达180度则返回原点

为了满足Freq = 72MHZ / (PSC + 1) / (ARR + 1) = 50HZ，以及Duty = CCR / (ARR + 1)，可以将ARR设置为20000 - 1，PSC设置诶72-1，此时CCR 根据公式可得为500-2500，对应的信号周期的范围是0.5ms-2.5ms。

PWM.c文件和PWM驱动LED呼吸灯类似

servo.c文件中角度与CCR值的关系转换函数

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

在main.c文件中调用

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "KEY.h"
#include "Servo.h"

uint8_t KeyNum;
float Angle;
int main(void)
{
		OLED_Init();
		Key_Init();
		Servo_Init();	//函数内部完成pwm初始化
		OLED_ShowString(1, 1, "Angle:");	
		while (1)
		{
			KeyNum = Key_GetNum();
			if(KeyNum == 1){
				Angle+=30;
				if(Angle >180){
					Angle = 0;				
				}
			}
			//该函数完成从角度到CCR的转换
			Servo_SetAngle(Angle);
			OLED_ShowNum(1, 7, Angle, 3);
		}
}

五、PWM驱动直流电机

硬件介绍

  • 直流电机是一种将电能转换为机械能的装置，有两个电极，当电极正接时，电机正转，当电极反接时，电机反转
  • 直流电机属于大功率器件，GPIO口无法直接驱动，需要配合电机驱动电路来操作
  • TB6612是一款双路H桥型的直流电机驱动芯片，可以驱动两个直流电机并且控制其转速和方向

在这里插入图片描述
图三的H桥电路：

  1. 四个开关元器件Q1，Q2，Q3，Q4，另外还有一个直流电机M，D1，D2，D3，D4是MOS-FET的续流二极管
  2. 两路推挽电路，正转和反转是人为规定的方向
  3. 左上角与右下角导通，则电流从Q1流到Q4
  4. 右上角与左下角导通，则电流从Q3流到Q2

电路设计

直流电机驱动芯片连接图
在这里插入图片描述

  • 电机的电流从VM端输入，一般和电机的额定电压一致，完成低功率的输入到高功率的输出，可以选5V

  • VCC与控制器电源保持一致，可以选3.3V

  • 直流电机驱动芯片引脚功能图
    在这里插入图片描述

关键代码

Motor.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "PWM.h"

void Motor_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	//pin5和pin4为方向控制脚
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	PWM_Init();
}

void Motor_SetSpeed(int8_t Speed)
{
	if (Speed >= 0)
	{
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
		PWM_SetCompare3(Speed);
	}
	else
	{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
		PWM_SetCompare3(-Speed);
	}
}

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Motor.h"
#include "Key.h"

uint8_t KeyNum;
int8_t Speed;

int main(void)
{
	OLED_Init();
	Motor_Init();
	Key_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "Speed:");
	
	while (1)
	{
		KeyNum = Key_GetNum();
		if (KeyNum == 1)
		{
			Speed += 20;
			if (Speed > 100)
			{
				Speed = -100;
			}
		}
		Motor_SetSpeed(Speed);
		OLED_ShowSignedNum(1, 7, Speed, 3);
	}
}

六、定时器库函数（tim.h）

//配置输出比较模块的四个通道
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);//结构体默认值
//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寄存器的预装值，在更新事件之后才会生效
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);
//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，带N表示高级定时器的互补通道配置，通道4没有互补配置
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);
//单独修改输出使能参数
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);
//选择输出比较模式
void TIM_SelectOCxM(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_Channel, uint16_t TIM_OCMode);
//设置CCR寄存器，修改占空比
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);

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