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【TIM/PWM】定时器输出比较_简述通用定时器的输出比较过程

作者：我家自动化 | 2024-07-06 00:21:16

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简述通用定时器的输出比较过程

一、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（PWM波形是驱动电机的必要条件）
每个高级定时器和通用定时器都拥有 4 个输出比较通道

（可以同时输出四路PWM波形）（四个通道有各自的CCR，但共用一个CNT计数器）

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

输出比较功能：使用输出比较电路时，CNT和CCR（Capture/Compare Register）进行比较，CNT计数自增，CCR是我们设定的值，当CNT大于CCR、CNT小于CCR、CNT等于CCR时，输出就会相应的置1、置0，如此就可以输出电平不断跳变的PWM波形了

补充：IC（Input Capture）输入捕获、CC（Capture/Compare）输入捕获和输出比较的单元

捕获/比较寄存器是输入捕获和输出比较共用的，当使用输入捕获时它就是捕获寄存器，当使用输出比较时它就是比较寄存器

二、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
使用PWM波形可以等效地实现一个模拟信号的输出

从图可以看出：高低电平跳变的数字信号，可以等效为虚线所示的模拟量

当高电平时间长一点，低电平时间短一点的时候，波形偏上

当低电平时间长一点，高电平时间短一点的时候，波形偏下

PWM 参数：

频率 = 1 / Ts Ts：代表一个高低电平变换周期的时间

PWM的频率越快，等效模拟的信号就越平稳，同时性能开销越大，一般PWM频率都在几K到几十KHz

占空比 = Ton / Ts Ton：高电平时间

占空比决定了PWM等效出来的模拟电压的大小

占空比越大，等效的模拟电压越趋近于高电平；占空比越小，等效的模拟电压越趋近于低电平

占空比与模拟电压的等效关系是线性的：比如高电平是5V，低电平是0V

占空比为50%时电压就是2.5V

占空比为20%时电压就是1V

分辨率 = 占空比变化步距

分辨率就是占空比变化的精细程度

占空比以1%、2%、3%这样以1%的步距跳变，那么分辨率就是1%

占空比以1.1%、1.2%、1.3%这样以0.1%的步距跳变，那么分辨率就是0.1%

三、输出比较模块输出PWM波形原理结构

输出通路

流程分析：

输出模式控制器左边就是CNT和第一路CCR1，它俩不断进行比较
当CNT大于CCR1、CNT等于CCR1时就会给输出模式控制器传一个信号，输出模式控制器改变它输出oc1ref的高低电平
接着ref信号可以前往主模式控制器，可以把ref映射到主模式的TRGO输出上去
ref的主要去向还是下面这路极性选择，给这个寄存器写0，信号就会走上面，信号电平不翻转，进来什么样出去还是什么样；给这个寄存器写1，信号就会走下面，信号通过非门取反，信号电平翻转
之后就是输出使能电路，选择要不要输出
最后就是OC1引脚（CH1通道的引脚，在引脚定义表里可以知道具体是哪个GPIO口）

输出模式控制器

输入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

输出比较模式：

图表为输出模式控制器里面的执行逻辑

冻结：不管CNT和CCR谁大谁小，直接REF保持不变，维持上一个状态

用处：正在输出PWM波，需要暂停一会儿输出，一但切换为冻结模式后，输出就暂停了，高低电平维持在暂停时刻的状态不变

匹配时置有效电平

置完高电平就完事了，不适合输出连续变化的波形，适合定时输出一个一次性的信号

匹配时置无效电平

置完低电平就完事了，不适合输出连续变化的波形，适合定时输出一个一次性的信号

匹配时电平翻转

可以方便地输出一个【频率可调，占空比始终为50%】的PWM波形

比如设置CCR为0，则CNT每次更新清零时，就会产生一次CNT=CCR的事件，导致输出电平翻转一次

每更新两次事件（电平翻转两次），输出为一个周期————输出PWM波形的频率=更新事件频率/2

强制为无效电平

与【冻结】模式差不多，如果想暂停波形输出，并且在暂停期间保持低电平

强制为有效电平

与【冻结】模式差不多，如果想暂停波形输出，并且在暂停期间保持高电平

PWM模式1

可用于【输出频率和占空比都可调】的PWM波形（主要用PWM模式1的向上计数方式）

PWM模式2

可用于【输出频率和占空比都可调】的PWM波形（PWM模式2实际上就是PWM模式1输出的取反）

四、PWM基本结构

蓝色线CNT从0开始自增，一直增到黄色线ARR99，在清零之后继续自增

设置一条红色线：CCR，执行输出比较单元设置的比较逻辑

例如：

从图中可以看出占空比受到CCR值设置的调控

如果CCR值设置高一些，输出的占空比就变大；CCR值设置低一些，输出的占空比就变小

五、参数计算

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

PWM周期对应计数器的一个溢出更新周期——PWM频率等于计数器的更新频率

PWM 占空比： Duty = CCR / (ARR + 1)
PWM 分辨率： Reso = 1 / (ARR + 1)

分辨率（占空比变化步距），ARR越大，CCR能设置的范围就越大，对应的分辨率就越大

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