單片機 | STM32定時器比較輸出切換模式之應用實例

經(jīng)常有人想利用STM32定時器輸出一些任意波形來滿足應用需求。比方最近有人在某論壇發(fā)帖咨詢想使用STM32芯片的TIM1實現(xiàn)如下4路特征的驅動波形?！鞠旅娌ㄐ沃划嫵隽藘蓚€周期】

通過觀察不難看出，四路波形是有規(guī)律的周期性波形。不過除了/B路外，其它三路不太容易通過定時器PWM輸出模式來簡單實現(xiàn)。

我們知道，對于STM32常規(guī)定時器，其比較輸出功能較常用的輸出模式主要是PWM輸出模式和比較輸出切換模式。其中PWM輸出模式是指定時器輸出控制單元根據(jù)計數(shù)器的值與比較寄存器的值的比較結果來決定輸出電平的高低。而比較輸出切換模式是指定時器輸出控制單元在計數(shù)器的值與比較寄存器的值匹配相等時，做輸出電平的切換。即如果發(fā)生匹配之前是高電平的，發(fā)生匹配時輸出電平切換為低電平。反之亦然。

結合到本案例，對于A路、/A路及B路輸出波形我們就可以考慮使用比較輸出切換模式來實現(xiàn)。

我們這里假設定時器的計數(shù)器采用向上計數(shù)模式，每記800個時鐘單位為1個計數(shù)周期?！鞠蛏嫌嫈?shù)模式，ARR=800-1】

對于A路，當CCR=200和 CCR=700時發(fā)生輸出切換，這樣周期性的修改CCR的值，從而實現(xiàn)目前所期望的輸出波形。此時我們可以使用比較事件觸發(fā)DMA，通過DMA將下次要用來做比較的數(shù)據(jù)從內(nèi)存?zhèn)鞯较鄳ǖ赖腃CR寄存器。

同理，對于/A路，當CCR=300和 CCR=600時發(fā)生輸出切換。同樣開啟該通道的比較事件觸發(fā)DMA傳輸，實現(xiàn)CCR寄存器的數(shù)據(jù)循環(huán)更新。

同樣，對于B路，參照上面的相同做法。當CCR=100和CCR=400時做輸出切換。

至于最后的/B路，可以跟上面一樣采用比較輸出切換模式。不過，該通道直接使用PWM輸出模式更方便，具體到這里我們可以使用PWM2輸出模式，CCR=500.

下面是基于STM32F4系列芯片的TIM1來實現(xiàn)上述輸出波形的配置及相關用戶代碼介紹。其中，代碼是基于STM32CUBE庫。

一、基于上述分析，使用STM32CubeMx來完成基本的初始化配置。

從上面兩幅圖我們可以看出，TIM1的通道1/2/3都被配置為比較輸出切換模式。通道4被配置PWM2輸出模式?！玖硗猓⒁庀峦ǖ?/2/3三個比較輸出通道的初始比較值?！?/p>

前面說了，我們要利用各通道的比較事件觸發(fā)DMA做CCR寄存器的數(shù)據(jù)更新，所以需做基于各個通道比較事件的DMA配置。見下圖，各通道CCR寄存器的數(shù)據(jù)更新都使用循環(huán)模式。

2、準備或編寫用戶應用代碼。

2.1 準備3個數(shù)組，對應存放用來動態(tài)更新3個比較輸出通道CCR值的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的擬定請結合上面的介紹和待實現(xiàn)的波形特征。

uint16_t Data1_to_Comp[]={200,700}; //ch1

uint16_t Data2_to_Comp[]={600,300}; //ch2

uint16_t Data3_to_Comp[]={400,100}; //ch3

2.2 關閉通道1/2/3的比較寄存器的預裝功能，即修改CCR的值后立即生效，無須也不需等待更新事件。

__HAL_TIM_DISABLE_OCxPRELOAD(&htim1, TIM_CHANNEL_1);

__HAL_TIM_DISABLE_OCxPRELOAD(&htim1,TIM_CHANNEL_2);

__HAL_TIM_DISABLE_OCxPRELOAD(&htim1, TIM_CHANNEL_3);

2.3 開啟TIM1通道1/2/3的比較輸出功能。

TIM_CCxChannelCmd(TIM1,TIM_CHANNEL_1, TIM_CCx_ENABLE);

TIM_CCxChannelCmd(TIM1,TIM_CHANNEL_2, TIM_CCx_ENABLE);

TIM_CCxChannelCmd(TIM1,TIM_CHANNEL_3, TIM_CCx_ENABLE);

2.4允許相應通道比較事件的DMA請求并開啟相應通道的DMA傳輸功能。

hdma_tim1_ch1.State = HAL_DMA_STATE_READY;

HAL_DMA_Start_IT(&hdma_tim1_ch1,(uint32_t)Data1_to_Comp, (uint32_t)&TIM1->CCR1, 2);

__HAL_TIM_ENABLE_DMA(&htim1, TIM_DMA_CC1);

hdma_tim1_ch2.State= HAL_DMA_STATE_READY;

HAL_DMA_Start_IT(&hdma_tim1_ch2, (uint32_t)Data2_to_Comp, (uint32_t)&TIM1->CCR2,2);

__HAL_TIM_ENABLE_DMA(&htim1, TIM_DMA_CC2);

hdma_tim1_ch3.State= HAL_DMA_STATE_READY;

HAL_DMA_Start_IT(&hdma_tim1_ch3, (uint32_t)Data3_to_Comp,(uint32_t)&TIM1->CCR3, 2)

__HAL_TIM_ENABLE_DMA(&htim1, TIM_DMA_CC3);

2.5 使能TIM1通道4的PWM輸出功能并使能TIM1, 啟動計數(shù)器計數(shù)。

HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_4);

三、結果驗證。

經(jīng)過上面的準備之后，編譯運行工程代碼即可看到開篇所期望的結果。【下面圖形是我使用MDK環(huán)境下的邏輯分析儀所得截圖，供參考】

好，到此上面案例就基本介紹完畢，全部配置及用戶代碼均貼出來了，供有需要的STM32用戶參考。

說實話，要徹底搞明白上述過程并實現(xiàn)它，需要對STM32定時器輸出比較切換模式原理、定時器的部分寄存器的預裝特性、比較事件、DMA傳輸有較為細致和深入的理解。不像使用PWM輸出模式給個CCR的值即可輸出PWM波形那么簡單。

最后補充兩點，上面波形的實現(xiàn)是基于STM32的TIMER1一個定時器來完成的。如果換成別的定時器一個定時器可能實現(xiàn)不了，可能要用到2個定時器。這時往往涉及到定時器的主從同步問題。其中的關鍵點就是要知道如何讓兩個定時器上下級聯(lián)并做同步啟動，實現(xiàn)上述輸出也是沒問題的。

還有一點，對于上述波形的實現(xiàn)，如果我們使用STM32的高精度定時器實現(xiàn)起來就會更方便，STM32F334,STM32H7,STM32G4等系列都有高精度定時器。