利用STM32高精度定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM輸出的實(shí)現(xiàn)原理

很多STM32系列的MCU內(nèi)置高精度定時(shí)器，比方STM32F334、STM32G4、STM32H7等系列。利用高精度定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM輸出應(yīng)該說(shuō)是最基本的功能了。不過(guò)，在實(shí)際應(yīng)用中，常有人覺(jué)得無(wú)法實(shí)現(xiàn)duty=0或duty=100%的PWM輸出情形。這里以STM32F334的HRTIM為例，簡(jiǎn)單介紹下利用它實(shí)現(xiàn)PWM輸出的實(shí)現(xiàn)原理。

STM32F334的HRTIM的功能框圖如下，由一個(gè)MASTER定時(shí)器和ABCDE五個(gè)定時(shí)器單元組成。其中ABCDE五個(gè)定時(shí)器單元各可以產(chǎn)生2路輸出信號(hào)，并支持互補(bǔ)輸出。

先看看跟HRTIM有關(guān)的時(shí)鐘。別的系列有支持向上、向下計(jì)數(shù)模式的。

在利用HRTIM中的定時(shí)器單元實(shí)現(xiàn)PWM輸出時(shí)，基于不同的分頻系數(shù)對(duì)應(yīng)著不同的分辨率和最低頻率。如下表所示：【截圖來(lái)自STM32F334的參考手冊(cè)】

顯然，不同分頻比對(duì)應(yīng)不同的計(jì)數(shù)時(shí)鐘fHRCK，根據(jù)計(jì)數(shù)時(shí)鐘結(jié)合16位的計(jì)數(shù)寬度可求出最長(zhǎng)計(jì)數(shù)時(shí)間，亦即最小的PWM輸出頻率。

但對(duì)于高精度定時(shí)器HRTIM，由于其自身特定機(jī)制的原因，在實(shí)現(xiàn)PWM功能時(shí)，設(shè)計(jì)比較值和計(jì)數(shù)周期值時(shí)需遵循下面兩個(gè)原則：【注意是FHRTIM時(shí)鐘單位,即未被倍頻的時(shí)鐘，這里就是那個(gè)144Mhz時(shí)鐘】

1、 最小值必須不小于3個(gè)fHRTIM時(shí)鐘單位；

2、最大值不得大于0xFFFE個(gè)fHRTIM時(shí)鐘單位；

剛才上面說(shuō)了，HRTIM里面的定時(shí)器單元所用的計(jì)數(shù)時(shí)鐘是fHRTIM先經(jīng)過(guò)倍頻后再經(jīng)過(guò)分頻器而來(lái)的，那么結(jié)合上面的兩個(gè)原則，不同分頻比條件下可以設(shè)定的計(jì)數(shù)周期或比較值的范圍就對(duì)應(yīng)到如下表格：

上面表格就是定時(shí)器單元不同分頻比時(shí)可以設(shè)置的計(jì)數(shù)周期值或用于比較的比較寄存器的值的范圍。比方我們以上面TABLE82中的CKPSC=3時(shí)來(lái)看看。CKPSC=3，從上面Table81可以得知此時(shí)的計(jì)數(shù)時(shí)鐘為源時(shí)鐘倍頻后的8分頻,我們?cè)谠O(shè)計(jì)PWM計(jì)數(shù)周期值或比較值時(shí)就要求在0x00c~~0xFFFB范圍內(nèi)配置。鑒于此，有人就得出沒(méi)法實(shí)現(xiàn)PWM輸出的0占空比或100%占空比的結(jié)論，其實(shí)這是誤解。

假設(shè)此時(shí)我們所需要的PWM周期值剛好0xff00.那么比較寄存器CMP的值就可以在0x000c~~0xff00任意設(shè)置并能實(shí)現(xiàn)有效、可靠比較，顯然，CMP值不要小于0x000c這個(gè)起點(diǎn)值【實(shí)際上Table82中的Min值都是對(duì)應(yīng)著3個(gè)fHRTIM源時(shí)鐘單位，因不同分頻比而呈現(xiàn)不同數(shù)據(jù)而已】，那這不是說(shuō)PWM輸出不能實(shí)現(xiàn)0占空比的情況嗎？非也！

對(duì)于HRTIM的輸出，通常是根據(jù)計(jì)數(shù)器的值與比較寄存器的值發(fā)生相等匹配事件時(shí)進(jìn)行SET【置1】或RESET【清零】輸出?！居眠^(guò)STM32常規(guī)定時(shí)器的人這里可能會(huì)感受到一些差異?！?/p>

比方如上圖所示，在發(fā)生比較事件時(shí)做RESET輸出，發(fā)生PER周期性事件時(shí)做SET輸出。

顯然，當(dāng)我們不斷增加CMP的值，占空比也會(huì)相應(yīng)增大。當(dāng)CMP的值增加到剛好等于PER的值時(shí)，則輸出RESET。因?yàn)榇藭r(shí)CMP比較事件、PER周期性事件在同一時(shí)間點(diǎn)發(fā)生，會(huì)涉及到事件競(jìng)爭(zhēng)的仲裁問(wèn)題。由于比較事件響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高于周期性事件的，所以此時(shí)的輸出按比較事件來(lái)定，這里輸出RESET,此時(shí)也剛好對(duì)應(yīng)著Duty=0的情形。兩個(gè)事件總是同時(shí)發(fā)生，而PER事件競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)CMP事件，輸出只好由CMP事件說(shuō)了算。

按照這種配置，那又如何實(shí)現(xiàn)Duty=100%的輸出呢？

很簡(jiǎn)單，當(dāng)我們將CMP的值設(shè)置成任意被PER還大的值時(shí)，就始終輸出SET信號(hào)了。因?yàn)榇藭r(shí)CMP永遠(yuǎn)不會(huì)等于PER，即不會(huì)發(fā)生有效比較匹配事件，無(wú)有效比較事件則不會(huì)有RESET的輸出，輸出始終由PER事件掌控。

在基于HRTIM做PWM輸出時(shí)，弄清了原理后就知道如何靈活編寫代碼了。上面只是大致做了PWM輸出的原理介紹，更多細(xì)節(jié)還是得細(xì)看手冊(cè)，比方上面提到的定時(shí)器事件及事件響應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)的仲裁。