STM32单片机定时器TIM输出比较 PWM波形

一. OC（Output Compare）输出比较

了解：IC（Input Capture）输入捕获、CC（Capture/Compare）输入捕获和输出比较单元
功能：用来输出PWM波形，PWM波形又是用来驱动电机的必要条件，用来做智能车、机器人等
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

二. PWM波形（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制

是数字输出信号，由高低电平组成
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。
产生

例如：数字输出端口控制LED，按理说 LED 只能有完全亮和完全灭两种状态，怎么能实现控制亮度大小呢？那通过这个 PWM 波形就可以实现，我们让 LED 不断点亮熄灭，当这个点亮熄灭的频率足够大时， LED 就不会闪烁了，而是呈现出一个中等亮度。当我们调控这个点亮和熄灭的时间比例时，就能让 LED 呈现出不同的亮度级别。

例如：对于电机调速，我们以一个很快的频率给电机通电、断电，那么电机的速度就能维持在一个中等速度，这就是 PWM 的基本思想。

PWM 的秘诀就是天下武功唯快不破。要我闪的足够快，你就发现不了我到底是闪着亮的，还是一个正常的平稳的亮度。当然，PWM的应用场景必须要是一个惯性系统。就是说 LED 在熄灭的时候，由于余晖和人眼视觉暂留现象， LED 不会立马熄灭，而是有一定的惯性，过一小段时间才会熄灭。电机也是当电机断电时，电机的转动不会立马停止，而是有一定的惯性，过一会才停，这样具有惯性的系统才能使用PWM。

上图这种高低跳变的数字信号，可以等效为中间紫色虚线所表示的模拟量。

三. PWM参数

频率=1/Ts
占空比=Ton/Ts 。占空比：占空比越大，则模拟电压越趋近于高电平，反之则趋近于低电平
分辨率=占空比变化步距

假设高电平5V，低电平0V，占空比为50%，则模拟电压为2.5V，若占空比为25%，则模拟电压为1.25V。

分辨率

占空比是1%，2%，3%等等这样就是以1%的步距跳变
占空比是1.1%，1.2%，1.3%这样是以0.1%的步距跳变
分辨率就是占空比变化的细腻程度。

四. 通用定时器的输出比较通道框图

左边就是 CNT 计数器和 CCR1 第一路的捕获/比较寄存器，它俩进行比较。
当 CNT 大于 CCR1 或者 CNT 等于 CCR1 时，就会给这个输出模式控制器传一个信号，然后输出模式控制器就会改变它输出 OC1 ref 的高低电瓶。ref 信号实际上就是指这里信号的高低电平，这个 ref 是 reference 的缩写，意思是参考信号。
ETRF 输入，这是定时器的一个小功能，一般不用，不需要了解。
输出模式控制器工作原理
1. 什么时候给 ref 高电瓶，什么时候给 ref 低电瓶？我们看一下下面的这个表，这就是输出比较的 8 种模式，也就是这个输出模式控制器里面的执行逻辑，这个模式控制器的输入是 CNT 和 CCR 的大小关系。输出是REF的高低电平，里面可以选择多种模式来更加灵活的控制 ref 输出，模式可以通过寄存器（TIMx_CCMR1）来进行配置，你需要哪个模式就可以选那个模式。那具体都是怎么操作的呢？我们来看一下这个表。冻结，描述是 CNT 等于 CCR 时， REF保持为原状态，CNT等于 CCR 时维持原状态。那其实这个 CNT 和 CCR 就根本没有用，是吧？所以你也可以把它理解成 CNT 和 CCR 无效 REF 保持为原状态，这都是一样的效果。那这个模式也比较简单，它根本就不管 CNT 谁大谁小，直接 REF 保持不变，维持上一个状态就行了。这有什么用呢？比如你正在输出 PWM 波，突然想暂停一会输出，就可以设置成这个模式，一旦切换为冻结模式后，输出就暂停了，并且高低电平也维持为暂停时刻的状态保持不变，这就是冻结模式的作用。
2. 匹配时置有效电平，匹配时置无效电平和匹配时电平翻转，这个有效电平和无效电平一般是高级定时器里面的一个说法，是和关断、刹车这些功能配合表述的。他说的比较严谨，所以叫有效电平和无效电平。在这里为了理解方面，你可以直接认为置有效电平就是置高电平，置无效电平就是置低电平。那这三个模式都是当 CNT 与 CCR 值相等时执行操作：
  1. 第一个是 CNT 等于 CCR 时 REF 置有效电平，也就是高电平。
  2. 第二个是相等时置无效电平，也就是低电平。
  3. 第三个是相等时电平翻转。
3. 这些模式就可以用作波形输出了，比如相等时电瓶翻转这个模式，这个可以方便的输出一个频率可调占空比始终为 50% 的 PWM 波形。比如你设置CCR为0，那 CNT 每次更新清零时，就会产生一次 CNT = CCR 的事件，这就会导致输出电平翻转一次，每更新两次，输出为一个周期，并且高电平和低电平的时间是始终相等的，也就是占空比始终为50%。当你改变定时器更新频率时，输出波形的频率也会随之改变，它俩的关系是，输出波形的频率=更新频率/2，因为更新两次输出才为一个周期，这就是这个匹配时电平翻转模式的用途。
  
  上面这两个相等时置高电瓶和低电瓶感觉用途并不是很大，因为他们都只是一次性的，置完高或低电平后就不管事了，所以这两模式不适合输出连续变化的波形，如果你想定时输出一个一次性的信号，那可以考虑一下这两个模式。
4. 强制为无效电平和强制为有效电平，这两个模式是 CNT 与CCR无效，REF强制为无效电平或者强制为有效电平。这里这两个模式和冻结模式也差不多，如果你想暂停波形输出，并且在暂停期间保持低电平或者高电平，那你就可以设置这两个强制输出模式。
5. PWM 模式1和 PWM 模式2，非常重要，他们可以用于输出频率和占空比都可调的 PWM 波形，也是我们主要使用的模式。
  1. PWM 模式1，计数器为向上计数的情况下，它是 CNT 小于 CCR 时， REF 置有效点平， CNT 大于等于 CCR 时 REF 至无效点平。在向下技术的情况下，是 CNT大于 CCR时，REF置无效电瓶CNT小于等于 CCR 时， REF 制有效电平。这个情况比较多，一般我们都只使用向上计数，所以这里向下计数的描述我们就暂时不看了。他们之间也只有大小关系，极性这些东西不同，基本思想都是一样的，我们着重分析一个向上计数的就可以了，然后再对比看一下
    
    PWM 模式2，在向上计数的情况下， CNT小于CCS， REF 置无效电瓶。CNT大于等于 CCS 时， REF 至有效电瓶。经过观察可以发现它的大小比较关系，和上面这是一样的，区别就是输出的高低电平反过来了，所以 PWM 模式 2 实际上就是 PWM 模式1输出的取反，改变PWM 模式1和 PWM 模式 2 就只是改变了 REF 电瓶的极性而已。
ref 信号可以前往主模式控制器。你可以把这个 ref 映射到主模式的 TRGO 输出上去，不过 ref 的主要去向还是下面这一路，
通过下面这一路到达一个极性选择，给这个寄存器写 0 信号就会往上走，就是信号电平不翻转，进来啥样出去还是啥样，写一的话信号就会往下走，就是信号通过一个非门取反，那输出的信号就是输入信号高低电平反转的信号，这就是极性选择，就是选择是不是要把高低电平反转一下。
接着就是输出使能电路了，选择要不要输出。
最后是 OC1 引脚，这个引脚就是 CH1 通道的引脚，在引脚定义表里就可以知道具体是哪个 GPIO 了。