STM32通用定时器TRC含义解析

原创已于 2025-06-21 06:39:48 修改 · 1k 阅读

20 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#单片机 #stm32 #嵌入式硬件

于 2025-06-12 19:57:41 首次发布

1. TRC信号作为捕获部分的输入

在STM32定时器中，捕获/比较通道（CCx）的输入源是可以配置的。标准输入是外部引脚（TIx），但内部信号（包括来自触发控制器的信号）也可以路由到捕获通道。

关键配置寄存器： TIMx_CCMRx (Capture/Compare Mode Register)
关键位域： CCxS[1:0] (Capture/Compare x Selection)
- 00: 输出 (Compare mode)
- 01: 输入，映射到 TIx (标准引脚输入)
- 10: 输入，映射到 TIy (交叉映射，y≠x)
- 11: 输入，映射到 TRC (内部触发信号) <<< 这就是您指的功能！
TRC信号来源：
- 这里的"TRC"信号直接来源于触发控制器（Trigger Controller）的输出（或可理解为路由），但此为来自本定时器内部的输出或者可以理解为本定时器内部的路由，与提供给该定时器外部的（如其他定时器或DAC等片内外设）TRGO输出信号由很大的不同。
- 触发控制器的输入源（TRGI）正是由TIMx_SMCR寄存器的TS[2:0]位选择的（之前讨论的ITR0, ITR1, ITR2, ITR3, TI1F_ED, TI1FP1, TI2FP2, ETRF）。
- 简单路径： TS[2:0]选择的源 (TRGI) -> 触发控制器 -> TRC信号 -> 被CCxS[1:0]=11选中的捕获通道。
为什么这样做？应用场景：
- 测量内部事件间隔： 捕获通道原本用于测量芯片外部引脚上的信号的边沿间隔。配置为TRC输入后，它可以用来测量芯片内部硬件设备的触发信号的间隔。
- 间接测量外部事件： 例如，将TS[2:0]配置为TI1F_ED（TI1引脚上的任何边沿作为触发源TRGI）。当TI1引脚有边沿时，它会产生TRGI信号，触发控制器输出TRC信号。如果配置一个捕获通道（如CC4）的CCxS=11（输入源选TRC），那么CC4就能捕获到这个TRC信号（即TI1边沿事件）发生的时刻。这样，即使信号没有直接连接到CC4引脚，也能通过TRC间接捕获其时间戳。
- 测量定时器同步/触发事件： 如果TRGI源是另一个定时器的TRGO（TS=ITRx），那么捕获通道可以精确测量主定时器发出触发信号的时间间隔。
- 节省引脚/复杂路由： 当外部信号已经连接到某个输入通道（如TI1），但你想用另一个捕获通道（如CC3）来测量它时，可以通过TS=TI1F_ED 并且 CC3S=11实现，而不需要把物理信号再连到CC3的引脚。

总结： 将捕获通道的输入源配置为TRC，实质上是让捕获通道去“监听”定时器内部触发控制器产生的信号。这个信号源于TS[2:0]选择的触发源（TRGI），使得捕获功能可以脱离外部引脚，用于测量芯片内部事件或间接测量芯片外部事件。

2. TRC信号与无刷电机（BLDC）驱动

当STM32（尤其是带高级定时器TIM1/TIM8的型号）驱动BLDC电机时，触发控制器（TRC是其输出体现）及其内部路由连接在系统中起着至关重要的作用，主要用于实现基于霍尔传感器的换相。

关键需求：
- BLDC电机需要6步换相。
- 霍尔传感器（通常3个）输出信号（H1, H2, H3）指示转子位置，决定何时切换到下一相。
- 换相点需要精确、低延迟地触发定时器更新PWM输出（改变通道开关状态）。
如何实现（典型方案）：
1. 霍尔信号输入： 将3个霍尔传感器信号连接到定时器的输入通道（通常是TI1, TI2, TI3）。
2. 配置霍尔接口模式：
  - 在TIMx_CR2寄存器中设置TI1S位（有时也叫HALLSEN），将TI1, TI2, TI3配置为组合的霍尔模式输入（三元异或运算）。
  - 定时器内部硬件会自动解码TI1/TI2/TI3上的信号，生成一个综合的转子位置状态。
3. 霍尔事件作为触发源：
  - 关键点： 每当检测到有效的霍尔传感器信号变化（即转子位置改变，需要换相时），定时器硬件会自动产生一个内部触发信号（TRGI）。这些个信号TI1, TI2, TI3的三元异或运算后的外部信号本质上等价于将TS[2:0]配置为TI1F_ED（或类似）产生的效果，但它是霍尔模式特有的硬件行为。
  - 这个触发信号（TRGI）输入到触发控制器。
4. 触发控制器产生TRC并驱动动作：
  - 触发控制器接收到这个代表换相点（TI1, TI2, TI3的三元异或运算）的TRGI信号。
  - 触发控制器可以配置（通过TIMx_SMCR）在接收到此TRGI时执行特定动作：
    - 从模式Slave Mode: 复位模式Reset Mode (SMS=100): 最常见！收到霍尔触发信号(TRGI)后，定时器计数器立即复位 (CNT=0)。
    - (可选) Gate Mode, Trigger Mode等。
  - 同时，触发控制器会产生TRC信号，作为其活动的内部输出（路由）TRC。设置通道x（如x=1、2、3或4）为捕获模式(选中TRC)，即置TIMx_CCMRx寄存器中CCxS=11(如x=1)。
5. TRC信号触发换相事件COM：
  - 配置主模式输出 (TIMx_CR2.MMS): 将主模式输出设为OCxREF输出比较有效电平（OCxM=001）或PWM2模式（OCxM=111），即把OCxREF的上升沿信号作为向其他定时器提供的触发输出TRGO并同时提供一定的延时使得主从定时器同步。部分资料也有选择Update Event (MMS=010) 或 Enable（MMS=001）。
  - 结果： 当触发控制器因霍尔事件产生TRC信号时，它会立刻在TRGO引脚上输出一个OCxREF输出比较有效电平或PWM2模式的(也可能是更新事件或使能事件）信号。这个主定时器输出的TRGO可以被从定时器的TRGI用作COM换向事件。
  - 级联：
    - 常见的是连接到负责产生PWM的定时器（通常是另一个高级定时器本身） 的TRGI输入。
  - 触发PWM更新： 作为“从”的PWM定时器（一般是高级定时器），配置其TRGI为ITRx(TS=000、001、010、011)，TIMx_CR2中CCPC=1(CCxE 、CCxNE和OCxM捕获比较预加载控制位)和CCUS=1(换向事件COMG或TRGI上升沿触发更新CCxE 、CCxNE和OCxM位)，从模式为触发模式Trigger Mode (SMS=110) 或复位模式 Reset Mode (SMS=100)。当它收到来自片其他定时器的片外管脚的触发输入信号即“主定时器”（另一个通用定时器的TRGO信号）（代表换相点）时，它会：
    - 立即复位计数器 (SMS=100): 这确保了PWM波形在新换相周期的精确起点开始。
    - 产生一个换向事件（COM）。这个换向事件是关键！
  - 换向COM事件加载新PWM参数： 在高级定时器中，换向事件COM会：
    - 将预装载寄存器（ARR, CCRx）的值更新到影子寄存器。
    - 在BLDC驱动中，预先根据下一个换相状态（即高级定时器根据通用定时器的输入捕获数值，也就是霍尔传感器两次翻转的间隔）计算好的PWM占空比、通道极性（有效电平）、通道开关状态（死区控制）、刹车状态等参数，会在更新事件发生时一次性生效！这就是实现无缝、精确换相的核心机制。硬件自动在换相点切换所有PWM设置，避免了软件延迟。
6. 通过触发一个COM换向事件，来用于改变高级定时器TIM1或TIM8各个OC1 OC1N OC2 OC2N OC3 OC3N 各个通道的属性。在一次COM事件后，写入下一步的PWM控制位(CCxE、OCxM)，这可以在捕获霍尔定时器的通用定时器处理OC2REF上升沿的中断子程序里实现。
TRC在BLDC驱动中的核心作用：
1. 桥梁： TRC是霍尔传感器事件（转子位置变化）转换为控制PWM定时器立即更新/复位的关键内部信号。
2. 实现硬件自动换相： 通过配置触发控制器和主/从模式，利用TRC信号（最终体现为TRGO），可以在几乎零延迟（硬件自动完成）的情况下，在精确的换相点复位PWM计数器并加载新的预装载值（ARR, CCRx）和配置（CCER, BDTR等），实现平滑、高效的换相。软件只需要在中断中（如捕获中断或更新中断）计算好下一个换相周期的PWM参数并写入预装载寄存器即可。

总结： 在STM32无刷电机驱动中，“TRC”信号（更准确说是触发控制器的输入TRGI和输出TRC/TRGO构成的路径）是实现基于霍尔传感器的硬件自动换相的关键基础设施。它确保了换相动作由硬件在检测到霍尔信号跳变后立即、精确地触发，将PWM输出切换到下一个状态，这是高效可靠驱动BLDC电机的基石。高级定时器的强大之处就在于将这些复杂的联动逻辑用硬件实现。