基于STM32芯片三路互補(bǔ)PWM輸出的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

硬件：Stm32f103c8t6最小系統(tǒng)。

開(kāi)發(fā)平臺(tái)：MDK-Arm。

目的：使用Stm32高級(jí)定時(shí)器TIM1。配置中心對(duì)齊模式輸出三路互補(bǔ)PWM。

（1）Stm32的高級(jí)定時(shí)器：

Stm32f103c8t6有一個(gè)高級(jí)定時(shí)器TIM1。STM32的高級(jí)定時(shí)器比通用定時(shí)器增加了可編程死區(qū)互補(bǔ)輸出，重復(fù)計(jì)數(shù)器，帶剎車（短路）功能。這些功能為電機(jī)控制提供了便利。其中重復(fù)計(jì)數(shù)器下篇文章單獨(dú)講。

TIM1的IO分配：

（2）高級(jí)定時(shí)器框圖分析：

圖1

圖1高級(jí)定時(shí)器框圖，可分為6部分，①時(shí)鐘源選擇，②控制器，③時(shí)基單元，④輸入捕獲，⑤輸出比較，⑥剎車斷路。

①時(shí)鐘選擇：

時(shí)鐘源有：內(nèi)部時(shí)鐘（CK_INT），外部時(shí)鐘模式1，外部時(shí)鐘模式2，內(nèi)部觸發(fā)輸入（ITRx）。具體可以看TIMx_SMCR寄存器SMS位和ECE位這里我們使用內(nèi)部時(shí)鐘64MHz（沒(méi)使用外部晶振，系統(tǒng)時(shí)鐘是64MHz）。

②控制器

控制器部分包含觸發(fā)控制器，從模式控制器，編碼器接口。觸發(fā)控制器可以為片內(nèi)外設(shè)提供觸發(fā)信號(hào)。

③⑤時(shí)基單元和輸出比較

時(shí)基單元的計(jì)數(shù)模式選中心對(duì)齊模式和比較輸出的比較模式選PWM模式來(lái)講解。

首先時(shí)鐘源通過(guò)預(yù)分頻寄存器PSC分頻得到CK_CNT，得到計(jì)數(shù)器CNT計(jì)數(shù)頻率，計(jì)數(shù)器開(kāi)始從0向上計(jì)數(shù)，每計(jì)一次，和CCR比較一次，當(dāng)CRR>CNT, 輸出高電平，反之輸出低電平，計(jì)數(shù)器CNT繼續(xù)計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器等于ARR值時(shí)，計(jì)數(shù)器向下計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器CNT>CCR時(shí)，輸出低電平，反之輸出高電平。計(jì)數(shù)器周而復(fù)始向上向下計(jì)數(shù)并不斷的和CRR值比較，參考圖2。

圖2

實(shí)際此過(guò)程我們可以看成一個(gè)比較器，CRR作為參考電壓，接到比較器同相輸入端，CNT作為信號(hào)電壓，接到比較器反相輸入端，這樣根據(jù)比較輸出PWM。反之把CNT和CRR調(diào)換位置，會(huì)輸出相反極性的PWM，參考圖２.

計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)模式有：向上計(jì)數(shù)，向下計(jì)數(shù)，中心對(duì)齊計(jì)數(shù)。

比較輸出比較模式：凍結(jié)，匹配時(shí)設(shè)置通道ｘ為有效電平，匹配時(shí)設(shè)置通道ｘ為無(wú)效電平，翻轉(zhuǎn)，強(qiáng)制為無(wú)效電平，強(qiáng)制為有效電平，PWM１，PWM２。

死區(qū)發(fā)生器：

通過(guò)寄存器BDTR的位UTG[7:0]來(lái)配置死區(qū)時(shí)間，關(guān)于死區(qū)時(shí)間設(shè)置可以這篇文章：

⑥短路功能

斷路功能用于電控的剎車功能，可以通過(guò)寄存器BDTR的BKE位使能斷路功能，BKP位設(shè)置斷路輸入引腳的有效電平

④輸入捕獲

輸入捕獲可以對(duì)輸入的信號(hào)的上升沿，下降沿或者雙邊沿進(jìn)行捕獲，常用的有測(cè)量輸 入信號(hào)的脈寬和測(cè)量 PWM 輸入信號(hào)的頻率和占空比這兩種。

輸入捕獲的大概的原理就是，當(dāng)捕獲到信號(hào)的跳變沿的時(shí)候，把計(jì)數(shù)器 CNT 的值鎖存 到捕獲寄存器 CCR 中，把前后兩次捕獲到的 CCR 寄存器中的值相減，就可以算出脈寬或者頻率。如果捕獲的脈寬的時(shí)間長(zhǎng)度超過(guò)你的捕獲定時(shí)器的周期，就會(huì)發(fā)生溢出，這個(gè)我 們需要做額外的處理。

（3）程序設(shè)計(jì)

程序使用ST官方固件庫(kù)，編程步驟：

①GPIO初始化；

②時(shí)基結(jié)構(gòu)體TIM_TimeBaseInitTypeDef 初始化；

③比較結(jié)構(gòu)體 TIM_OCInitTypeDef 初始化；

④剎車和死區(qū)結(jié)構(gòu)體 TIM_BDTRInitTypeDef 初始化。

程序分析：

①宏定義：

#define   RCC_TIMGPIO_CLK      RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB
#define   TIM_CHxGPIO_Pinx     GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11
#define   TIM_CHxGPIOx         GPIOA
#define   TIM_CHxNGPIO_Pinx    GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15
#define   TIM_CHxNGPIOx        GPIOB
#define   TIM_BKINGPIO_Pinx    GPIO_Pin_2
#define   TIM_BKINGPIOx        GPIOB

//TIM1 macro definition

/ PWM頻率和死區(qū)時(shí)間計(jì)算 */

//電機(jī)控制載波頻率一般配置在15-20KHz，頻率配置低了電機(jī)噪聲大，配置高了，對(duì)MOS

//管開(kāi)關(guān)頻率要求高，且開(kāi)關(guān)損耗大，這里載波配置為20KHz。

//計(jì)數(shù)器頻率計(jì)算CK_CNT = 64MHz/(PSC+1) = 64MHz/1=64MHz

//中心對(duì)齊PWM頻率=CK_INT/2(ARR+1)=64M/2(1599+1)=20KHz。

//死區(qū)時(shí)間配置為2us

//64M/(CKD+1)/ UTG = 500KHz，換算成時(shí)間位2us

// TIMx_CR1寄存器CKD 位，TIMx_BDTR寄存器UTG位。

#define   TIMx                 TIM1
#define   RCC_TIM_CLK          RCC_APB2Periph_TIM1
#define   TIM_ARR              1599
#define   TIM_CK_PSC           0
#define   TIM_RCR              0
#define   TIM_CCRx             799
#define   PWM_DeadTime         128

②GPIO初始化：

static void GPIO_TIM_Config(void){
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_TIMGPIO_CLK, ENABLE);
   //TIM1_PA8CH1 PA9CH2 PA10CH3 PA11CH4
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  TIM_CHxGPIO_Pinx;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
   //PB13CH1N PB14CH2N PB15CH3N PB12BKIN      
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  TIM_CHxNGPIO_Pinx; 
   GPIO_Init(TIM_CHxNGPIOx, &GPIO_InitStructure);      
   //PB12BKIN
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  TIM_BKINGPIO_Pinx; 
   GPIO_Init(TIM_BKINGPIOx, &GPIO_InitStructure);          
   GPIO_ResetBits(TIM_BKINGPIOx,TIM_BKINGPIO_Pinx);//剎車
}

③定時(shí)器時(shí)基單元，輸出比較，剎車死區(qū)初始化：

static void AdvanceTIM1_Config(void){
  //開(kāi)啟定時(shí)器時(shí)鐘,即內(nèi)部時(shí)鐘CK_INT=64MHz
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_TIM_CLK,ENABLE);
/*--------------------時(shí)基結(jié)構(gòu)體初始化-------------------------*/
  TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;     
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = TIM_ARR;   //自動(dòng)重裝載寄存器的值，累計(jì)TIM_Period+1個(gè)頻率后產(chǎn)生一個(gè)更新或者中斷      
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = TIM_CK_PSC;   //驅(qū)動(dòng)CNT計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘 = Fck_int/(psc+1)
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  //時(shí)鐘分頻因子 ，配置死區(qū)時(shí)間時(shí)需要用到             
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_CenterAligned1; //中心對(duì)齊1             
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = TIM_RCR;  //重復(fù)計(jì)數(shù)器的值，沒(méi)用到不用管      
  TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);  //初始化定時(shí)器
/*--------------------輸出比較結(jié)構(gòu)體初始化-------------------*/             
  TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;     
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;                //PWM1模式
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;    //輸出使能
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;  //互補(bǔ)輸出使能       
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;        //輸出通道電平極性配置
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;      //互補(bǔ)輸出通道電平極性配置
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;       //輸出通道空閑電平極性配置
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;   //互補(bǔ)輸出通道空閑電平極性配置                  
  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = TIM_CCRx;                        //設(shè)置占空比大小    
  TIM_OC1Init(TIMx, &TIM_OCInitStructure);
  TIM_OC1PreloadConfig(TIMx, TIM_OCPreload_Enable);
  TIM_OC2Init(TIMx, &TIM_OCInitStructure);
  TIM_OC2PreloadConfig(TIMx, TIM_OCPreload_Enable); 
  TIM_OC3Init(TIMx, &TIM_OCInitStructure);
  TIM_OC3PreloadConfig(TIMx, TIM_OCPreload_Enable);               
/*-------------------剎車和死區(qū)結(jié)構(gòu)體初始化-------------------*/
  //有關(guān)剎車和死區(qū)結(jié)構(gòu)體的成員具體可參考BDTR寄存器的描述
  TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;
  TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable;
  TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable;
  TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_1;
  //輸出比較信號(hào)死區(qū)時(shí)間配置，具體如何計(jì)算可參考 BDTR:UTG[7:0]的描述
  //這里配置的死區(qū)時(shí)間為2uS
  TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = 128;
  TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Enable;
  //當(dāng)BKIN引腳檢測(cè)到高電平的時(shí)候，輸出比較信號(hào)被禁止，就好像是剎車一樣
  TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_High;
  TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Enable;
  TIM_BDTRConfig(TIMx, &TIM_BDTRInitStructure);
  TIM_Cmd(TIMx, ENABLE);      
  //主輸出使能，當(dāng)使用的是通用定時(shí)器時(shí)，這句不需要
  TIM_CtrlPWMOutputs(TIMx, ENABLE);                  
}

（4）程序燒錄驗(yàn)證：圖3是一對(duì)PWM互補(bǔ)輸出波形。

圖3