STM32高级定时器实现：两路互补PWM输出，精准死区时间控制_业界新闻

发布时间:2024-08-07 18:14

阅读量:0

2.4了解死区寄存器(TIMx_BDTR)

4.2TIM1_CH1 和 TIM_CH1N互补波形

4.3检查死区生成

5. 结论

1. 实验目的：

设置 PWM 频率为 20KHz，死区时间设置为 1us，使能互补通道。CH1 占空比设置为 30%，CH2 占空比设置为 60%，CH3 占空比设置为 90%，CH4 占空比设置为 99%

2. 理论知识储备

2.1什么是互补输出？

在STM32中，互补输出是指定时器的两个输出通道之间的一种特殊关系。在互补输出中，一个通道的输出信号与另一个通道的输出信号形成互补关系，即一个通道输出高电平时，另一个通道输出低电平，反之亦然。

这种互补输出关系常用于控制电机、PWM信号生成以及功率放大器等应用中。通过互补输出，可以实现高效的功率控制和电机驱动，同时减少因两路信号之间存在死区而产生的电流峰值，提高系统的稳定性和效率。

在STM32中，可以通过配置定时器的输出比较模式和互补输出极性来实现互补输出功能。通常，使用定时器的高级定时器功能（比如TIM1）可以更方便地配置和使用互补输出功能。

互补输出图1

2.2什么是死区控制，有什么用？

在STM32中，死区控制是指在电机驱动和功率放大器等应用中，为了避免MOSFET或IGBT等功率开关器件同时导通而造成短路或过电流的现象，而引入的一种保护措施。死区控制通过在两个功率开关器件之间设置一段时间延迟，使得它们不能同时导通，从而防止出现瞬态的短路或过电流。

具体来说，死区控制会在一个功率开关器件导通后，延迟一段时间后再使另一个功率开关器件导通，以确保它们之间不存在重叠的导通时间。这段延迟时间称为死区时间，通常以微秒(μs)为单位。

死区控制的主要作用包括：

防止短路和过电流：通过确保两个功率开关器件不会同时导通，避免了电流瞬态增大，从而保护了电路中的其他部件。
提高系统稳定性和效率：避免了功率开关器件同时导通导致的瞬态问题，可以提高系统的稳定性和效率，减少功率损耗。

死区控制图2

2.3参考手册的介绍

高级控制定时器(TIM1和TIM8)能够输出两路互补信号，并且能够管理输出的瞬时关断和接通。这段时间通常被称为死区，用户应该根据连接的输出器件和它们的特性(电平转换的延时、电源开关的延时等)来调整死区时间。
配置TIMx_CCER寄存器中的CCxP和CCxNP位，可以为每一个输出独立地选择极性(主输出
OCx或互补输出OCxN)。

下列几张图显示了死区发生器的输出信号和当前参考信号OCxREF之间的关系。(假设
CCxP=0、CCxNP=0、MOE=1、CCxE=1并且CCxNE=1)

2.4了解死区寄存器(TIMx_BDTR)

注意：在配置STM32高级定时器的两路互补PWM输出时，需要仔细计算并设置死区时间，以确保电路的安全性和PWM信号的准确性。

3. 软件实现

3.1GPIO配置：

void GPIO_Config() { 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource8, GPIO_AF_2); // tim1_ch1   pA8  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_3); // TIM1_CH1(AF5) IM1_CH2N(AF3)  PB7  	GPIO_ResetPinConfig(ENABLE); //配置PF2作为普通IO 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_2); // tim1_ch1   pF2  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_4); // tim1_ch1n   pA3  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_2); // tim1_ch1n   pA7  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_2); // TIM1_CH1N(AF1)   Tim1_ch2N(AF2) PB3  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_2); // tim1_ch1N(AF1) Tim1_ch2(AF2)  pF3  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_2); // tim1_ch1N(AF1) Tim1_ch3(AF2)   pF4  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_1); // tim1_ch1N   pF7  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_3); // tim1_ch2    pa9  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource15, GPIO_AF_4); // TIM1_CH2   PA15  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource1, GPIO_AF_2); // TIM1_CH2  PF1  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_4); // tim1_ch2N   pa5  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource0, GPIO_AF_2); // TIM1_CH2N   PB0  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_2); // TIM1_CH2N   PB4  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_1); // TIM1_CH2N  PF6  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_3); // tim_ch3    pa10  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_3); // TIM1_CH3    PB5  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource0, GPIO_AF_2); // TIM1_CH3  PF0  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource1, GPIO_AF_2); // tim1_ch3n   pB1  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_4); // tim1_ch3n   pB6  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_Level_2; 	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 	GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource11, GPIO_AF_2); // tim1_ch4   pA11 }

使用了多个GPIO引脚作为TIM1的通道输出，通过GPIO_Config()函数配置了这些引脚的模式、速度和复用功能。每个通道的正向和负向输出都进行了配置。

3.2TIM1初始化:

static void tim1_cfg_init() {     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;  // 定时器基本配置结构体     TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;           // 定时器输出比较配置结构体      TimerPeriod = 400;                              // PWM周期     Channel1Pulse = 70;                            // 通道1脉冲     Channel2Pulse = 190;                            // 通道2脉冲     Channel3Pulse = 311;                            // 通道3脉冲     Channel4Pulse = 396;                            // 通道4脉冲      /* Time Base configuration */     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;        // TIM时钟分频     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_CenterAligned1;  // 计数模式为中心对齐模式1     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = TimerPeriod; // 周期设定     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;    // 时钟分频     TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;     TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);  // 初始化定时器      TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;  // PWM模式2，可配置强制输出模式     TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  // 输出使能     TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;  // 负通道输出使能     TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  // 输出极性     TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;  // 负通道输出极性     TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;  // 输出空闲时的状态设定     TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset; // 负通道输出空闲时的状态设定  	/*配置刹车中断，需要先配置触发源，再配BDTR寄存器中的极性BKP,最后配置使能BKE。 	或者初始化清一次SR寄存器的中断标志*/ 	sysctrl_access(); 	SYSCTRL->EDU_CFG4 |= (1 << 14); //刹车触发源选择 外部IO口，PA6 	__dekey();  	TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStruct; //设置刹车 	TIM_BDTRInitStruct.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Disable; 	TIM_BDTRInitStruct.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Disable; 	TIM_BDTRInitStruct.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_OFF; 	TIM_BDTRInitStruct.TIM_DeadTime = 0x69;								 //配置死区时间   105 	TIM_BDTRInitStruct.TIM_Break1 = TIM_Break_Enable;					 //刹车使能 	TIM_BDTRInitStruct.TIM_Break1Polarity = TIM_BreakPolarity_High;		 //高电平触发刹车 	TIM_BDTRInitStruct.TIM_AutomaticOutput1 = TIM_AutomaticOutput_Enable; // AOE使能  	TIM_BDTRConfig(TIM1, &TIM_BDTRInitStruct); 	     TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Channel1Pulse;  // 通道1脉冲宽度     TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);  // 初始化定时器通道1输出比较     TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Channel2Pulse;  // 通道2脉冲宽度     TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);  // 初始化定时器通道2输出比较     TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Channel3Pulse;  // 通道3脉冲宽度     TIM_OC3Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);  // 初始化定时器通道3输出比较     TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Channel4Pulse;  // 通道4脉冲宽度     TIM_OC4Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);  // 初始化定时器通道4输出比较      TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);  // 控制PWM输出          TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);  // 使能定时器 }

首先初始化了TIM1的基本配置，包括了时钟分频、计数模式、周期等参数的设置。然后配置了PWM输出的模式、极性和空闲状态。接着进行了刹车功能的配置，包括死区时间、刹车使能等。最后设置了各个通道的脉冲宽度，并使能了PWM输出和定时器。

3.3主函数(main)

//全局变量 uint16_t TimerPeriod = 0;       // PWM周期 uint16_t Channel1Pulse = 0,     // 通道1脉冲宽度          Channel2Pulse = 0,     // 通道2脉冲宽度          Channel3Pulse = 0,     // 通道3脉冲宽度          Channel4Pulse = 0;     // 通道4脉冲宽度

int main() { 	SystemInit(); 	SetSysClock(); //主频配置 	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM1, ENABLE); 	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE); 	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOB, ENABLE); 	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOF, ENABLE);  	GPIO_Config();	 // PWM GPIOSET 	tim1_cfg_init(); // TIM1 SET  	while (1) 		; }