「STM32入门」TIM输出比较

Posted 2023-04-09 正在黑化的KS

输出比较的简介

• 输出比较英文写作OC (Output Compare) 
• 输出比较可以通过比较CNT和CCR寄存器值的关系，来对输出电平进行置高或者置低或者翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形
• 常见应用例子如：呼吸灯，调速电机等
• CCR（Capture/Compare Register的缩写，及捕获/比较寄存器） 

CNT与CCR之间的逻辑关系

• CNT计数自增，CCR是我们给定的一个值

PWM简介 

• 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，常应用于电机控速领域
• PWM的参数：
• 频率 =  
• 占空比 = 
• 分辨率 = 占空比变化步距

如何理解上述所说的：PWM可用于等效获得模拟参量呢？

在我们通常点亮LED实验中，我们只能给LED置1或者置0，也就是亮或者灭。但是当我们以一个很高的频率点亮熄灭，点亮熄灭，点亮熄灭...的时候，LED就会呈现出中等亮度，具体的亮暗程度就取决于亮的时间的占空比。

同理：我们不断地给电机通电断电，通电断电，通电断电...就可以让电机的速度维持在一个中等速度。

定时器的输出比较模块输出PWM

根据上面这张图，我们关注输出模式控制器这一模块。它的输入端是CNT和CCR的大小关系，输出则是oc1ref的高低电平。

在输出模式控制器中有许多输出比较模式，一般来说最常用也是这里要介绍的是PWM模式

 其中具体选模式1还是模式2，向上计数还是向下计数都是可以在代码中进行配置的，这两个模式可以输出频率和占空比都可调的波形。

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接下来重点介绍PWM基本结构（该图对应PWM模式1）

我们首先关注右上角的图，其中黄线代表ARR的值，蓝线代表CNT的值，红线代表CCR的值

CNT从0开始自增，一直增到ARR，也就是99，之后清0，再继续自增...一直循环下去

可以看到，我们设置CCR为30，当蓝线在红线下面时，输出高电平；当蓝线在红线上面时，输出低电平，对应PWM模式1的执行逻辑。

在这里我们发现：当我们将CCR的值设高，高电平的时间就延长，占空比升高。对应回我们的两个例子的现象就是，灯变得更亮，电机转的更快。

流程图中的REF指的就是一个频率可调，占空比也可调的PWM波形。最终再经过极性选择和输出使能，通向GPIO口。

参数计算 

PWM频率：Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1) 

PWM占空比：Duty = CCR / (ARR + 1) 

PWM分辨率：Reso = 1 / (ARR + 1) 

其中CK_PSC是系统频率72MHz，PSC是预分频系数

由于个人项目需要，这里补充简介一下直流电机及其驱动，权当笔记。 

直流电机及其驱动

电机（左）

驱动电路（右） 

• 直流电机有两个电极，当电极正接时，电机正转；反接则反转。
• 直流电机属于大功率器件，GPIO口无法直接驱动，需要配合驱动电路来操作
• 查表控制电机正转或反转

stm32-TIM之基本定时器

TIM:

　　STM32F1 系列中，除了互联型的产品，共有8 个定时器，分为基本定时器，通用定时器和高级定时器。基本定时器TIM6 和TIM7 是一个16 位的只能向上计数的定时器，只能定时，没有外部IO。通用定时器TIM2/3/4/5 是一个16 位的可以向上/下计数的定时器，可以定时，可以输出比较，可以输入捕捉，每个定时器有四个外部IO。高级定时器TIM1/8是一个16 位的可以向上/下计数的定时器，可以定时，可以输出比较，可以输入捕捉，还可以有三相电机互补输出信号，每个定时器有8个外部IO。

 

TIM分类：

 

 

 

基本定时器框图：

 

 

 

1.  时钟源

    定时器时钟TIMxCLK，即内部时钟CK_INT，经APB1 预分频器后分频提供，如果APB1预分频系数等于1，则频率不变，否则频率乘以2，库函数中APB1  预分频的系数是2，即PCLK1=36M，所以定时器时钟TIMxCLK=36*2=72M。

2.  计数器时钟

    定时器时钟经过PSC 预分频器之后，即CK_CNT，用来驱动计数器计数。PSC 是一个16 位的预分频器，可以对定时器时钟TIMxCLK 进行1~65536 之间的任何一个数进行分频。 具体计算方式为：CK_CNT=TIMxCLK/(PSC+1)。

3.  计数器

    计数器CNT 是一个16 位的计数器，只能往上计数，最大计数值为65535。当计数达到自动重装载寄存器的时候产生更新事件，并清零从头开始计数。

4.  自动重装载寄存器

自动重装载寄存器ARR 是一个16 位的寄存器，这里面装着计数器能计数的最大数值。当计数到这个值的时候，如果使能了中断的话，定时器就产生溢出中断。

5.  定时时间的计算

定时器的定时时间等于计数器的中断周期乘以中断的次数。计数器在CK_CNT 的驱动下，计一个数的时间则是CK_CLK  的倒数，等于：1/（TIMxCLK/(PSC+1) ），产生一次中断的时间则等于：1/ （CK_CLK * ARR）。如果在中断服务程序里面设置一个变量time，用来记录中断的次数，那么就可以计算出我们需要的定时时间等于：1/CK_CLK                                   * (ARR+1)*time。

 bsp_timbase.h文件：

#ifndef __BSP_TIMEBASE_H
#define __BSP_TIMEBASE_H


#include "stm32f10x.h"

#define BASIC_TIM6 // 使用TIM7时，注释掉该行即可 

#ifdef  BASIC_TIM6 
#define            BASIC_TIM                   TIM6
#define            BASIC_TIM_APBxClock_FUN     RCC_APB1PeriphClockCmd
#define            BASIC_TIM_CLK               RCC_APB1Periph_TIM6
//定时周期（从0开始计数） ，得出一次中断的事件为1000/1M=1ms,
#define            BASIC_TIM_Period            1000-1    
//预分频，72MHz/(71+1)= 1MHz,(0时，为1分频)   
#define            BASIC_TIM_Prescaler         71         
#define            BASIC_TIM_IRQ               TIM6_IRQn
#define            BASIC_TIM_IRQHandler        TIM6_IRQHandler

#else 
#define            BASIC_TIM                   TIM7
#define            BASIC_TIM_APBxClock_FUN     RCC_APB1PeriphClockCmd
#define            BASIC_TIM_CLK               RCC_APB1Periph_TIM7
#define            BASIC_TIM_Period            1000-1
#define            BASIC_TIM_Prescaler         71
#define            BASIC_TIM_IRQ               TIM7_IRQn
#define            BASIC_TIM_IRQHandler        TIM7_IRQHandler

#endif
/**************************oˉêyéù?÷********************************/

void BASIC_TIM_Init(void);


#endif

bsp_timbase.c文件：

#include "bsp_timbase.h" 
static void BASIC_TIM_NVIC_Config(void)
{
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; 
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);        
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = BASIC_TIM_IRQ ;    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;     
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

static void BASIC_TIM_Mode_Config(void)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    BASIC_TIM_APBxClock_FUN(BASIC_TIM_CLK, ENABLE);
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = BASIC_TIM_Period;    
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= BASIC_TIM_Prescaler;
    
    //TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;

    //TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; 

    //TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
    

    TIM_TimeBaseInit(BASIC_TIM, &TIM_TimeBaseStructure);
    //?????????ж???λ 
    TIM_ClearFlag(BASIC_TIM, TIM_FLAG_Update);
    TIM_ITConfig(BASIC_TIM,TIM_IT_Update,ENABLE);
    TIM_Cmd(BASIC_TIM, ENABLE);    
}

void BASIC_TIM_Init(void)
{
    BASIC_TIM_NVIC_Config();
    BASIC_TIM_Mode_Config();
}

中断处理函数：

void SysTick_Handler(void)
{
}
void  BASIC_TIM_IRQHandler (void)
{
    if ( TIM_GetITStatus( BASIC_TIM, TIM_IT_Update) != RESET ) 
    {    
        time++;
        TIM_ClearITPendingBit(BASIC_TIM , TIM_FLAG_Update);           
    }             
}

main.c文件：

#include"stm32f10x.h"
#include"bsp_led.h"
#include"bsp_timbase.h" 
volatile uint32_t time = 0; 

int main(void)
{

    LED_GPIO_Config();
    BASIC_TIM_Init();
  while(1)
  {
    if ( time == 1000 ) //1000 * 1 ms = 1s 
    {
          time = 0;    
        red_TOGGLE; 
    }        
  }
}