PWM輸出第一個脈沖寬帶異常的話題

我們在使用STM32定時器做PWM輸出過程中，當(dāng)借助示波器或邏輯分析儀查看波形時，有時會發(fā)現(xiàn)輸出的第一個PWM脈沖跟后續(xù)的輸出脈沖不一樣。比方像下面的輸出波形，第一個脈沖的高電平要寬于所有其它后續(xù)脈沖。

對于這種情況，有些應(yīng)用是不太在乎的，但有些應(yīng)用場合可能就不能接受。那這個問題是怎么產(chǎn)生的？有沒有辦法解決？

產(chǎn)生這個現(xiàn)象的原因簡單點(diǎn)說就是在于定時器比較輸出模塊的工作與定時器計數(shù)單元的工作具有相對獨(dú)立性。使能比較通道的輸出功能的操作與使能計數(shù)器的操作有個時間差，其長短往往跟用戶處理代碼有關(guān)。

我們知道，STM32的高級定時器或通用定時器，可以大致看成由四個模塊組成，分別是主從控制模塊、時基單元、輸入捕捉模塊、輸出比較模塊。下面截圖是STM32F4系列高級定時器TIM1的功能框圖的一部分，這里沒有將定時器的主從模塊截取進(jìn)來，只保留了時基單元、輸入捕捉單元、輸出比較單元。

這三個單元既可以相互配合協(xié)調(diào)工作，也可以各自獨(dú)立工作。比方說，輸出比較單元的工作并不要求時基單元的計數(shù)器工作，換言之，即使計數(shù)器不被開啟計數(shù)，輸出比較單元依然可以根據(jù)默認(rèn)配置或用戶的有關(guān)輸出配置而發(fā)揮作用。

我們不妨結(jié)合一個具體實(shí)例來看下。假設(shè)定時器TIM1的計數(shù)模式選擇向上計數(shù)模式，讓通道CH1按照PWM1模式的規(guī)則實(shí)現(xiàn)PWM輸出。配置好ARR和CCR1,極性選擇高有效，即OC輸出與OCRef參考信號保持同相。

對于定時器的初始化，我們一般會先對時基單元的相關(guān)參數(shù)做配置，比如時鐘源、ARR,PSC等，然后對比較輸出功能做配置和使能。當(dāng)完成比較輸出的配置及使能后，即使此時沒有使能時基單元的計數(shù)器，比較輸出單元就發(fā)揮作用了，即它會結(jié)合比較輸出配置和CNT與CCR的比較結(jié)果在OC端輸出相應(yīng)電平。

根據(jù)上述配置，若CCR大于計數(shù)器CNT的值時OC端輸出高電平，否則輸出低電平。若用戶沒有專門對CNT寄存器進(jìn)行賦值，芯片復(fù)位后，它的默認(rèn)值就是0,顯然CCR的值要大于此時的CNT的值，自然此時OC端就輸出高電平。如果此時計數(shù)器還未被開啟，這個高電平就會保持到計數(shù)器被啟動，并延申到后續(xù)的PWM輸出動作中。即這個高電平會跟第一個PWM脈沖的輸出連在一起。若剛好碰到第一個PWM脈沖首先是輸出高電平，這就導(dǎo)致第一個脈沖的高電平寬度要寬于后面其它所有PWM脈沖的。

下圖第1處乃通道OC功能配置完成被使能的時間點(diǎn)，第2處乃計數(shù)器被啟動時間點(diǎn)。

在跟上述相同模式和極性條件下，有沒有辦法消除第一個脈沖的多余寬度呢？

辦法是有的。既然OC通道被使能后，其輸出由CCR與CNT的比較結(jié)果和PWM模式?jīng)Q定，這時我們可以考慮在使能OC通道之前手動將CNT的值進(jìn)行修改，讓它等于ARR或0xffff【若是32位計數(shù)器就是0xffffffff】，此時CNT的值不可能會小于用戶配置的CCR值，就這樣通過改變CCR與CNT的比較結(jié)果達(dá)到改變OC端輸出電平之目的。

比方，如果你用STM32標(biāo)準(zhǔn)庫寫的話，你可以在下面紅圈的那個地方加一句：【arr對應(yīng)著時基單元中ARR寄存器的值】

參照上面相同定時器配置【向上計數(shù)模式、PWM1模式、極性選擇高有效】，下面基于Cube庫使用STM32F4的TIM1的通道2進(jìn)一步做個驗證測試。

使用CubeMx配置完成生成初始化代碼，需添加的用戶代碼比較簡單。如下圖所示。其中方框里的延時函數(shù)代碼是用來模擬比較輸出使能與使能計數(shù)器兩個操作間的間隔，以便觀察效果。

基于上述代碼，我們通過示波器可以看到第一個脈沖明顯寬于其它后續(xù)PWM脈沖?！救缦聢D所示】

在上面代碼的基礎(chǔ)上，我們在使能CH2比較輸出功能的代碼前添加一句修改CNT寄存器的語句，令其值等于ARR或等于計數(shù)器的滿量程值。下圖中橢圓圈內(nèi)的代碼?！救舭袰NT值改成等于ARR的值，效果也一樣】

然后再進(jìn)行測試，第一個脈沖也就不再異常了?！救缦聢D所示】

最后小結(jié)下，這個現(xiàn)象只有在使能定時器通道的比較輸出操作與使能計數(shù)器操作存在較為明顯的時差時才可能發(fā)現(xiàn)，而且它還跟所選擇的PWM模式有關(guān)，上面只是針對向上計數(shù)模式、PWM1模式做了分析和分享，當(dāng)涉及其它應(yīng)用模式時可具體問題具體分析，只要弄清原因了也就不難靈活應(yīng)對。