STM32--TIM输出比较

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一、概述

在STM32微控制器中，定时器（TIM）是一个非常重要的外设，它具有多种功能，其中输出比较功能是其常用功能之一。输出比较功能可以通过比较定时器的计数值和预设的比较值，来控制定时器对应通道的输出电平，从而实现诸如PWM（脉冲宽度调制）信号生成、方波输出等应用。

二、工作原理

2.1 定时器计数

定时器有一个计数器，它会按照一定的时钟源和预分频系数进行计数。计数器的值会不断递增（或递减，取决于定时器的工作模式），当计数器的值达到自动重载寄存器（ARR）的值时，会产生溢出事件，计数器会重新从0开始计数。

2.2 输出比较

输出比较功能通过比较计数器的值和比较寄存器（CCR）的值来控制输出电平。当计数器的值等于比较寄存器的值时，会根据预先设置的输出比较模式来改变定时器对应通道的输出电平。常见的输出比较模式有：

• 冻结模式：当计数器的值等于比较值时，输出电平保持不变。
• 设置模式：当计数器的值等于比较值时，输出电平被设置为高电平。
• 清除模式：当计数器的值等于比较值时，输出电平被清除为低电平。
• 翻转模式：当计数器的值等于比较值时，输出电平翻转。

三、应用场景

3.1 PWM信号生成

PWM信号在很多领域都有广泛应用，如电机控制、LED亮度调节等。通过输出比较功能可以方便地生成PWM信号，通过改变比较寄存器的值可以调节PWM信号的占空比。

3.2 方波输出

可以通过设置合适的比较值和自动重载值，使定时器输出固定频率和占空比的方波信号。

四、代码实现

以下是一个使用STM32Cube HAL库实现TIM输出比较功能生成PWM信号的示例代码，以STM32F103C8T6为例，假设使用TIM3的通道1输出PWM信号。

4.1 初始化配置

#include "stm32f1xx_hal.h"

TIM_HandleTypeDef htim3;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_TIM3_Init(void);

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM3_Init();

  // 启动PWM输出
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);

  while (1)
  {
    // 这里可以添加其他代码
  }
}

void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_TIM3_Init(void)
{
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

  htim3.Instance = TIM3;
  htim3.Init.Prescaler = 71; // 预分频系数，这里设置为71，定时器时钟频率为72MHz / (71 + 1) = 1MHz
  htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim3.Init.Period = 999; // 自动重载值，PWM信号的周期为1 / (1MHz / (999 + 1)) = 1kHz
  htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim3) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; // PWM模式1
  sConfigOC.Pulse = 500; // 比较值，占空比为50%
  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);

  /*Configure GPIO pin : PA6 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

void Error_Handler(void)
{
  while(1)
  {
  }
}

4.2 代码解释

• 定时器初始化：在MX_TIM3_Init函数中，首先设置了定时器的预分频系数和自动重载值，确定了PWM信号的频率。然后配置了输出比较模式为PWM模式1，并设置了比较值，从而确定了PWM信号的占空比。
• GPIO初始化：在MX_GPIO_Init函数中，将PA6引脚配置为复用推挽输出模式，因为TIM3的通道1对应PA6引脚。
• 启动PWM输出：在main函数中，调用HAL_TIM_PWM_Start函数启动TIM3的通道1的PWM输出。

五、总结

STM32的TIM输出比较功能为开发者提供了一种方便的方式来生成各种波形信号，如PWM信号和方波信号。通过合理配置定时器的参数和输出比较模式，可以满足不同应用场景的需求。在实际应用中，开发者可以根据具体需求调整定时器的预分频系数、自动重载值和比较值，以实现所需的信号频率和占空比。同时，还可以利用定时器的中断功能来实现更复杂的控制逻辑。