工程師筆記 | 使用 TIMER 輸出比較模式輸出相移信號

1、前言

客戶想要使用 STM32L031 產(chǎn)生兩個特定的 PWM 波，這兩個波形頻率相同，占空比相同，但相位不同。經(jīng)過驗(yàn)證，使用定時器的輸出比較模式可以產(chǎn)生這種帶相移的 PWM 波形。

下面以 STM32L031 的 TIM2 為例來介紹使用產(chǎn)生相移信號的方法。

2、概述

在未使能預(yù)裝載寄存器時(OCxPE=0)，使用輸出比較模式，可以隨時通過軟件更新

TIM_CCRx 寄存器的值，以控制輸出波形。

DMA 的循環(huán)模式，可以在最后一次數(shù)據(jù)傳輸完成后，自動重新加載初始編程值，內(nèi)部地址寄存器會重新加載基址值，進(jìn)入下一個循環(huán)。

使用輸出比較模式配合 DMA 的循環(huán)模式可以不斷更新 TIMx_CCR 寄存器的值，從而輸出可控的波形。

下面以 NUCLEO-L031 為例介紹產(chǎn)生相移信號的方法。

3、目標(biāo)波形

為了便于觀察，令 PWM 波的周期為 100ms，占空比為 20%。以 TIM2_CH1 輸出的波形的為基準(zhǔn)，其為 0 度相移。

? TIM2_CH1: 相移 0 度，占空比為 20%

? TIM2_CH2: 相移 90 度，占空比為 20%

? TIM2_CH3: 相移 180 度，占空比為 20%

? TIM2_CH4: 相移 270 度，占空比為 20%

4. 使用 STM32CubeMX 進(jìn)行配置

使用 STM32CubeMX 進(jìn)行基礎(chǔ)參數(shù)的配置。

這里配置時鐘為 32MHz，如圖 1 所示。

配置時鐘源為內(nèi)部時鐘，因?yàn)?TIM2_CH1 為基準(zhǔn)信號，直接配置為 PWM 輸出即可。

TIM2_CH2、TIM2_CH3 和 TIM2_CH4 配置為輸出比較模式，如圖 2 所示。

配置 TIM2 的預(yù)分頻值與計(jì)數(shù)周期，配置計(jì)數(shù)周期為 100，計(jì)數(shù)模式配置為"Up"。配置channel1 的模式為"PWM mode 1"，因?yàn)檎伎毡葹?20%，計(jì)數(shù)周期為 100，所以 CCR1 寄存器配置為 20（也即 Channel1 的 Pulse 配置為"20"），極性配置為"High"。Channel2、Channel3 和 Channel4 的模式都配置為"Toggle on match"（匹配時翻轉(zhuǎn)電平），極性配置為"low"，CCR 不需要配置，因?yàn)闀ㄟ^ DMA 自動寫入。具體配置如圖 3 所示。

添加 TIM2_CH2、TIM2_CH3 和 TIM2_CH4 的 DMA，并進(jìn)行配置，配置的內(nèi)容都相同，配置如下：

? Direction: Memory To Peripheral

? Mode: Circular

? Data Width: Word

具體配置如圖 4 所示

5. 修改代碼

由 STM32CubeMX 生成代碼之后，需要在生成的代碼中添加一些處理。

首先需要計(jì)算 channel2、channel3 和 channel4 的 CCR 值。以 channel2 為例：配置的計(jì)數(shù)周期為 100，初始極性為 low，當(dāng) CNT 計(jì)數(shù)值與 CCR 寄存器匹配的時候，輸出電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)，所以為了實(shí)現(xiàn)與 channel1 占空比相同的波形，需要翻轉(zhuǎn)兩次電平。

第一次翻轉(zhuǎn)的 CCR 可以通過相位差進(jìn)行計(jì)算，第二次翻轉(zhuǎn)的 CCR 值可以通過占空比和第一次翻轉(zhuǎn)的 CCR 值這兩個條件進(jìn)行計(jì)算。Channel2 第一次翻轉(zhuǎn)的 CCR 值為: "100 x (90°/360°) = 25"；第二次翻轉(zhuǎn)的 CCR 值為："25 + (20% x 100) = 45"

表 1 由上面計(jì)算方式同理可得：

在 main.c 文件中需要建立三個數(shù)組，將 channel2~4 的兩次 CCR 值存入這三個數(shù)組中，具體如下所示：

然后在 mian 函數(shù)中添加如下代碼。使 channel1 輸出 PWM 波，配置 channel2~4 在 DMA 模式下使用輸出比較模式進(jìn)行輸出。

6. 測試結(jié)果

測試結(jié)果如下圖所示，4 個 channel 產(chǎn)生的 PWM 波的周期都為 100ms，占空比都為20%，測試出來的 channel2~4 的相移與設(shè)計(jì)目標(biāo)波形一致。

7、小結(jié)

使用定時器的輸出比較模式與 DMA 進(jìn)行搭配，可以比較靈活的生成波形。

來源：STM32單片機(jī)
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審核編輯 黃宇