STM32HAL库高级定时器实验——高级定时器输出比较实验

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原创最新推荐文章于 2026-05-10 15:54:40 发布 1.5k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

STM32_HAL__TIM_输出比较输出比较在比较值到到达值时改变引脚或产生中断PWM为特殊的输出比较区别功能目的：输出比较通常用于产生精确的定时事件，而PWM用于模拟信号的生成和控制。信号形式：输出比较产生离散的脉冲或电平变化，PWM产生连续的脉冲信号。调节能力：PWM可以通过改变占空比来调节输出功率或电压，而输出比较通常不具备这种调节能力。使用场景：输出比较适用于需要精确时间控制的场合，PWM适用于需要连续模拟量控制的场合。阅读详情

前言

本实验使用高级定时器输出比较模式下的翻转功能，通过定时器 4 个通道分别输出 4 个 50%占空比、不同相位的 PWM。

实验原理

输出比较模式下翻转功能作用是：当计数器的值等于捕获/比较寄存器影子寄存器的值时，OC1REF 发生翻转，进而控制通道输出（OCx）翻转。通过翻转功能实现输出 PWM 的具体原理如下： PWM 频率由自动重载寄存器（TIMx_ARR）的值决定，在这个过程中，只要自动重载寄存器的值不变，那么 PWM 占空比就固定为 50%。我们可以通过捕获/比较寄存器（TIMx_CCRx）的值改变 PWM 的相位。生成 PWM 的原理如图：
在这里插入图片描述
总结：PWM波周期或频率由ARR决定，占空比固定50%，相位由CCRx决定
我们设置固定的 ARR 值为 999，那么 PWM 占空比固定为 50%，通过改变 4 个通道的捕获/比较寄存器（TIMx_CCRx）的值使得每个通道输出的 PWM 的相位都不一样，注意捕获/比较寄存器的值设置范围是： 0 ~ ARR。比如： TIMx_CCR1=250-1， TIMx_CCR2=500-1， TIMx_CCR3=750-1， TIMx_CCR4=1000-1，那么可以得到通道 1~通道 4 输出的 PWM 的相位分别是： 25%、 50%、 75%、 100%。翻转功能输出的 PWM 周期，这里用 T 表示，其计算公式如下：
T= 2*(arr+1)*((psc+1)/ Tclk)
其中：
T：翻转功能输出的 PWM 周期（单位为 s）。
Tclk：定时器的时钟源频率（单位为 MHz）。
arr：自动重装寄存器（TIMx_ARR）的值。
psc：预分频器寄存器（TIMx_PSC）的值。

涉及到的寄存器

高级定时器输出比较模式除了用到定时器的时基单元：计数器寄存器(TIMx_CNT)、预分频器寄存器(TIMx_PSC)、自动重载寄存器(TIMx_ARR)之外。主要还用到以下这些寄存器：

控制寄存器 1（TIMx_CR1）

在这里插入图片描述

上图中我们只列出了本实验需要用的一些位，其中：位 7（APRE）用于控制自动重载寄存器是否具有缓冲作用，在基本定时器的时候已经讲过，请回顾。本实验中，我们把该位置 1。
位 4（DIR）用于配置计数器的计数方向，本实验默认置 0 即可。
位 CEN 位，用于使能计数器的工作，必须要设置该位为 1，才可以开始计数。

捕获/比较模式寄存器 1/2（TIMx_CCMR1/2）

TIM1/TIM8 的捕获/比较模式寄存器（ TIMx_CCMR1/2），该寄存器一般有 2 个：TIMx_CCMR1 和 TIMx _CCMR2。TIMx_CCMR1 控制 CH1 和 CH2，而 TIMx_CCMR2 控制 CH3和 CH4。 TIMx_CCMR1 寄存器描述如图: 在这里插入图片描述

该寄存器的有些位在不同模式下，功能不一样，我们现在用到输出比较模式。关于该寄存器的详细说明，请参考《STM32F10xxx 参考手册_V10（中文版） .pdf》第 240 页， 13.4.7 节。
本实验我们用到了定时器 8 输出比较的 4 个通道，所以我们需要配置 TIM1_CCMR1 和TIM1_CCMR2。以 TIM1_CCMR1 寄存器为例，模式设置位 OC1M[2:0]就是对应着通道 1 的模式设置，此部分由 3 位组成，总共可以配置成 8 种模式，我们使用的是翻转功能，所以这 3 位必须设置为 011。通道 2 也是如此，将位 OC2M[2:0] 设置为 011。通道 3 和通道 4 就要设置TIM1_CCMR2 寄存器的位 OC3M[2:0]和位 OC4M[2:0]。除此之外，我们还要设置输出比较的预装载使能位，如通道 1 对应输出比较的预装载使能位 OC1PE 置 1，其他通道也要把相应位置 1。

捕获/比较使能寄存器（TIMx_ CCER)

在这里插入图片描述
该寄存器比较简单，要让 TIM8 的 4 个通道都输出，我们需要把对应的捕获/比较 1 输出使
能位置 1。通道 1 到通道 4 的使能位分别是： CC1E、 CC2E、 CC3E、 CC4E，我们把这 4 个位置
1，使能通道输出。

捕获/比较寄存器 1/2/3/4（TIMx_ CCR1/2/3/4）

捕获/比较寄存器（TIMx_ CCR1/2/3/4），该寄存器总共有 4 个，对应 4 个通道 CH1~CH4。
在这里插入图片描述
这里，我们通过改变 TIMx_ CCR1/2/3/4 寄存器的值来改变 4 个通道输出的 PWM 的相位。

TIM1/TIM8 断路和死区寄存器（TIMx_ BDTR）

本实验用的是高级定时器，我们还需要配置：断路和死区寄存器（TIMx_BDTR），该寄存器各位描述如图:
在这里插入图片描述

该寄存器，我们只需要关注位 15（MOE），要想高级定时器的通道正常输出，则必须设置MOE 位为 1，否则不会有输出。

硬件设计

例程功能

通过定时器8通道1/2/3/4输出相位分别为25%、50%、75%、100%的PWM

硬件资源

本实验基于正点原子战舰V4开发板

1） LED 灯
LED0 – PB5
2） PC6 复用为 TIM8_CH1
PC7 复用为 TIM8_CH2
PC8 复用为 TIM8_CH3
PC9 复用为 TIM8_CH4

程序设计

实验涉及的HAL库函数

定时器在 HAL 库中的驱动代码在前面已经介绍了部分，请回顾，这里我们再介绍几个本实验用到的函数。

1. HAL_TIM_OC_Init 函数

定时器的输出比较模式初始化函数，其声明如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_OC_Init(TIM_HandleTypeDef *htim);

函数描述：
用于初始化定时器的输出比较模式。
函数形参：
形参 1 是 TIM_HandleTypeDef 结构体类型指针变量，基本定时器的时候已经介绍。
函数返回值：
HAL_StatusTypeDef 枚举类型的值。

2. HAL_TIM_OC_ConfigChannel 函数

定时器的输出比较通道设置初始化函数。其声明如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_OC_ConfigChannel(TIM_HandleTypeDef *htim,
TIM_OC_InitTypeDef *sConfig, uint32_t Channel);

函数描述：
该函数用于初始化定时器的输出比较通道。
函数形参：
形参 1 是 TIM_HandleTypeDef 结构体类型指针变量，用于配置定时器基本参数。
形参 2 是 TIM_OC_InitTypeDef 结构体类型指针变量，用于配置定时器的输出比较参数。在通用定时器 PWM 输出实验已经介绍过 TIM_OC_InitTypeDef 结构体指针类型。
形参 3 是定时器通道，范围： TIM_CHANNEL_1 到 TIM_CHANNEL_4。
函数返回值：
HAL_StatusTypeDef 枚举类型的值。

3. HAL_TIM_OC_Start 函数

定时器的输出比较启动函数，其声明如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_OC_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);

函数描述：
用于启动定时器的输出比较模式。
函数形参：
形参 1 是 TIM_HandleTypeDef 结构体类型指针变量。
形参 2 是定时器通道，范围： TIM_CHANNEL_1 到 TIM_CHANNEL_4。
函数返回值：
HAL_StatusTypeDef 枚举类型的值。
注意事项：
HAL 库也同样提供了单独使能定时器的输出通道函数，函数为：

void TIM_CCxChannelCmd(TIM_TypeDef *TIMx, uint32_t Channel,
uint32_t ChannelState);

HAL_TIM_OC_Start 函数内部也调用了该函数。

配置步骤

在这里插入图片描述

代码

tim.c

/* 高级定时器8输出比较模式初始化函数 */
void tim8_comp_pwm_init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
    TIM_OC_InitTypeDef tim8_oc_comp_pwm={0};
    tim8_comp_pwm_handle.Instance = TIM8;
    tim8_comp_pwm_handle.Init.Prescaler = psc;
    tim8_comp_pwm_handle.Init.Period = arr;
    tim8_comp_pwm_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    HAL_TIM_OC_Init(&tim8_comp_pwm_handle);

    tim8_oc_comp_pwm.OCMode = TIM_OCMODE_TOGGLE;
    tim8_oc_comp_pwm.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;

    HAL_TIM_OC_ConfigChannel(&tim8_comp_pwm_handle, &tim8_oc_comp_pwm, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_OC_ConfigChannel(&tim8_comp_pwm_handle, &tim8_oc_comp_pwm, TIM_CHANNEL_2);
    HAL_TIM_OC_ConfigChannel(&tim8_comp_pwm_handle, &tim8_oc_comp_pwm, TIM_CHANNEL_3);
    HAL_TIM_OC_ConfigChannel(&tim8_comp_pwm_handle, &tim8_oc_comp_pwm, TIM_CHANNEL_4);
    
    __HAL_TIM_ENABLE_OCxPRELOAD(&tim8_comp_pwm_handle, TIM_CHANNEL_1);
    __HAL_TIM_ENABLE_OCxPRELOAD(&tim8_comp_pwm_handle, TIM_CHANNEL_2);
    __HAL_TIM_ENABLE_OCxPRELOAD(&tim8_comp_pwm_handle, TIM_CHANNEL_3);
    __HAL_TIM_ENABLE_OCxPRELOAD(&tim8_comp_pwm_handle, TIM_CHANNEL_4);
    
    HAL_TIM_OC_Start(&tim8_comp_pwm_handle, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_OC_Start(&tim8_comp_pwm_handle, TIM_CHANNEL_2);
    HAL_TIM_OC_Start(&tim8_comp_pwm_handle, TIM_CHANNEL_3);
    HAL_TIM_OC_Start(&tim8_comp_pwm_handle, TIM_CHANNEL_4);
}

void HAL_TIM_OC_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(htim->Instance == TIM8)
    {
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

        __HAL_RCC_TIM8_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();

        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
        GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
        HAL_GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);
        
        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7;
        HAL_GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);

        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8;
        HAL_GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);

        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
        HAL_GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);
    }
}

main.c

extern TIM_HandleTypeDef tim8_comp_pwm_handle;

int main(void)
{
    uint8_t t = 0;
    HAL_Init();                                 /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);         /* 设置时钟,72M */
    delay_init(72);                             /* 初始化延时函数 */
    led_init();                                 /* 初始化LED */
    tim8_comp_pwm_init(1000-1,72-1);

    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&tim8_comp_pwm_handle, TIM_CHANNEL_1, 250-1);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&tim8_comp_pwm_handle, TIM_CHANNEL_2, 500-1);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&tim8_comp_pwm_handle, TIM_CHANNEL_3, 750-1);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&tim8_comp_pwm_handle, TIM_CHANNEL_4, 1000-1);

    while(1)
    {
        delay_ms(10);
        t++;
        if(t>50)
        {
            t=0;
            LED0_TOGGLE();
        }

    }
}