利用STM32高精度定时器实现PWM输出的实现原理

茶话MCU 2020-05-14 12919

描述

很多STM32系列的MCU内置高精度定时器，比方STM32F334、STM32G4、STM32H7等系列。利用高精度定时器实现PWM输出应该说是最基本的功能了。不过，在实际应用中，常有人觉得无法实现duty=0或duty=100%的PWM输出情形。这里以STM32F334的HRTIM为例，简单介绍下利用它实现PWM输出的实现原理。

STM32F334的HRTIM的功能框图如下，由一个MASTER定时器和ABCDE五个定时器单元组成。其中ABCDE五个定时器单元各可以产生2路输出信号，并支持互补输出。

STM32

先看看跟HRTIM有关的时钟。别的系列有支持向上、向下计数模式的。

在利用HRTIM中的定时器单元实现PWM输出时，基于不同的分频系数对应着不同的分辨率和最低频率。如下表所示：【截图来自STM32F334的参考手册】

STM32

显然，不同分频比对应不同的计数时钟fHRCK，根据计数时钟结合16位的计数宽度可求出最长计数时间，亦即最小的PWM输出频率。

但对于高精度定时器HRTIM，由于其自身特定机制的原因，在实现PWM功能时，设计比较值和计数周期值时需遵循下面两个原则：【注意是FHRTIM时钟单位,即未被倍频的时钟，这里就是那个144Mhz时钟】

1、最小值必须不小于3个fHRTIM时钟单位；

2、最大值不得大于0xFFFE个fHRTIM时钟单位；

刚才上面说了，HRTIM里面的定时器单元所用的计数时钟是fHRTIM先经过倍频后再经过分频器而来的，那么结合上面的两个原则，不同分频比条件下可以设定的计数周期或比较值的范围就对应到如下表格：

STM32

上面表格就是定时器单元不同分频比时可以设置的计数周期值或用于比较的比较寄存器的值的范围。比方我们以上面TABLE82中的CKPSC=3时来看看。CKPSC=3，从上面Table81可以得知此时的计数时钟为源时钟倍频后的8分频,我们在设计PWM计数周期值或比较值时就要求在0x00c~~0xFFFB范围内配置。鉴于此，有人就得出没法实现PWM输出的0占空比或100%占空比的结论，其实这是误解。

假设此时我们所需要的PWM周期值刚好0xff00.那么比较寄存器CMP的值就可以在0x000c~~0xff00任意设置并能实现有效、可靠比较，显然，CMP值不要小于0x000c这个起点值【实际上Table82中的Min值都是对应着3个fHRTIM源时钟单位，因不同分频比而呈现不同数据而已】，那这不是说PWM输出不能实现0占空比的情况吗？非也！

对于HRTIM的输出，通常是根据计数器的值与比较寄存器的值发生相等匹配事件时进行SET【置1】或RESET【清零】输出。【用过STM32常规定时器的人这里可能会感受到一些差异。】

STM32

比方如上图所示，在发生比较事件时做RESET输出，发生PER周期性事件时做SET输出。

显然，当我们不断增加CMP的值，占空比也会相应增大。当CMP的值增加到刚好等于PER的值时，则输出RESET。因为此时CMP比较事件、PER周期性事件在同一时间点发生，会涉及到事件竞争的仲裁问题。由于比较事件响应优先级高于周期性事件的，所以此时的输出按比较事件来定，这里输出RESET,此时也刚好对应着Duty=0的情形。两个事件总是同时发生，而PER事件竞争不过CMP事件，输出只好由CMP事件说了算。

按照这种配置，那又如何实现Duty=100%的输出呢？

很简单，当我们将CMP的值设置成任意被PER还大的值时，就始终输出SET信号了。因为此时CMP永远不会等于PER，即不会发生有效比较匹配事件，无有效比较事件则不会有RESET的输出，输出始终由PER事件掌控。

在基于HRTIM做PWM输出时，弄清了原理后就知道如何灵活编写代码了。上面只是大致做了PWM输出的原理介绍，更多细节还是得细看手册，比方上面提到的定时器事件及事件响应竞争时的仲裁。

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