细说MCU输出互补型PWM波形的实现方法

news2024/11/21 1:24:43

一、硬件及工程

二、建立工程

1、TIM1引脚

2、建立工程

（1）配置GPIO

（2）选择时钟源和Debug模式

（3）配置定时器

（4）配置中断

（5）配置系统时钟

三、代码修改

1、重定义回调函数

2、使能PWM输出

四、下载和运行

互补型的PWM输出就是两路输出是完全互补的，某时刻一路输出高电平，另外一路就输出低电平。这种互补型的PWM输出在电力电子的控制中经常用。比如，对单相H桥高、低压臂上的开关进行控制，因为同一桥臂上的两个开关不能同时导通，所以就需要用这种互补型的PWM。TIM3没有互补型输出。以TIM1为例介绍其互补型PWM输出配置过程。由于TIM1属于高级控制定时器，性能要比作为通用定时器的TIM3高，所以配置参数也较多。

一、硬件及工程

文章依赖的硬件及工程配置参考本文作者的其他文章：细说ARM MCU的串口接收数据的实现过程-CSDN博客 https://wenchm.blog.csdn.net/article/details/139541112

二、建立工程

1、TIM1引脚

TIM1有四个通道，所以也可以配置四个PWM输出：TIM1_CH1、TIM1_CH2、TIM1_CH3和TIM1_CH4。此外，TIM1还有四个互补型PWM输出：TIM1_CH1N、TIM1_CH2N、TIM1_CH3N、TIM1_CH4N。

由于引脚复用，这些PWM信号可通过配置从不同的引脚输出。当然，具体输出的引脚也不是任意的，默认情况下，需要从特定的引脚中进行选择。譬如TIM1_CH1这个PWM输出，在STM32G474RE中，可通过PA8/PCO输出，TIM1_CH1N可通过PA7/PA11/PB13/PC13输出。不过，最终只能选择其中的一个引脚。TIM1的四个PWM输出通道对应的引脚如下：

TIM1_CH1——PA8/PC0、 TIM1_CH1N——PA7/PA11/PB13/PC13；
TIM1_CH2——PA9/PC1、 TIM1_CH2N——PA12/PB0/PB14；
TIM1_CH3——PA10/PC2、TIM1_CH3N——PB1/PB9/PB15；
TIM1_CH4——PA11/PC3、TIM1_CH4N——PC5；

下面以TIM1_CH1和TIM1_CH1N这对互补型PWM输出为例，介绍互补型PWM的配置过程。

2、建立工程

（1）配置GPIO

配置PC3作为输出(GPIO_output)，在TIM1的中断函数中控制PC3的输出状态。配置参数为：初始High，推挽输出，上拉，输出速度High；

（2）选择时钟源和Debug模式

将高速外部时钟(HSE)设置为Crystal/Ceramic Resonator，使用片外时钟晶体作为HSE的时钟源。最后，在SYS中将Debug设置为Serial Wire。

（3）配置定时器

在TIM1的模式(Mode)区中，选择Internal Clock，通1(Channel 1)的参数选择PWM Generation CH1 CH1N；然后，将参数置(Parameter Settings)中的预分频因子(Prescaler)和计数器周期(Counter Period)分别设置为0和8499，计数模式(Counter Mode)设置为升模式(Up)，并且使能自动重载。

预分频因子设置为0的意思是没有对定时器时钟分频，所以计数器的两次计数之间的时间间隔就是系统时钟频率的倒数。假如时钟频率为170 MHz,则两次计数的时间间隔(1/170)μs。

将计数周期设置为8499，也就是计数到8499后重新从0开始计。在时钟频率170 MHz之下，计数器的周期为(1/170×10⁶)×(8499+1)≈50(μs)，对应的频率为20 kHz。

由于TIM1的性能比TIM3高，所以配置参数也多了不少。在PWM Generation Channel 1 and 1N的参数配置中，模式(Mode)选择PWM mode 1，脉冲数(Pulse)设置为2125，通道极性(CH Polarity)设置为High。其他参数保持默认值。这里脉冲数Pulse决定着占空比，此处设2125，而计数器周期为8500，所以占空比刚好为25%。

设置死区时间(Dead Time)的参数，这个参数在默认时是0，先把改成100。

（4）配置中断

使能TIM1的update中断(与TIM16全局中断共用)。

优先级组(Priority Group)还是选择4 bits for preemption priority O bits for subpriority。还可以看到，TIM1 update interrupt出现在中断表中，并且已使能，将它的抢占式优先级设为1，响应优先级设为0。

（5）配置系统时钟

将系统时钟(SYSCLK)频率配置为170 MHz，与前面例子中的时钟配置相同。配置完成后，保存文件，并启动代码自动生成。

三、代码修改

由于配置了TIM1中断，希望在中断发生后通过PC3引脚送出一个脉冲信号。为此，需要重定义TIM1中断的回调函数HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()。

1、重定义回调函数

将回调函数放到main.c后面的注释对中，实现代码如下：

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_3);
}
/* USER CODE END 4 */

随后，还需要在主程序中的初始化代码部分调用库函数，开启定时器中断、使能PWM。

启动定时器中断还需要用库函数HAL_TIM_Base_Start_IT()。调用该函数的语句如下：其中，htim1为TIM1的句柄。

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1)；

2、使能PWM输出

使用了库函数HAL_TIM_PWM_Start()使能PWM输出。启动TIM1的PWM通道1的输出：

HAL_TIM_PW_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);

还需要输出一个与TIM1_CH1互补的TIM1_CH1N。使能互补型的TIM1_CH1N是需要另外一个库函数的：

HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);

将上述三个初始化用库函数的调用放到main函数中，位于while(1)之前、TIM1初始化函数MX_TIM1_Init()之后的注释对中：

/* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);
  HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);
/* USER CODE END 2 */

编译工程并下载到硬件中，将程序运行起来。