stm32学习笔记：TIM-输出比较

四部分讲解内容，本文是第二部分

输出比较主要用于PWM波形的控制电机（驱动电机的必要条件）

1、定时器基本定时，定一个时间，然后让定时器每隔一段时间产生一个中断，来实现每隔一个固定时间执行一段程序的目的，比如要做一个时钟、秒表或者使用一些程序算法

2、定时器输出比较的功能，输出比较这个模块最常见的用途是产生PWM波形，用于驱动电机等设备，使用stm32的PWM波形来驱动舵机和直流电机的例子

3、定时器输入捕获的功能，学习使用输入捕获这个模块来测量方波频率的例子

4、定时器的编码器接口，使用这个编码器接口，能够更加方便地读取正交编码器的输出波形，在编码电机测速中，应用广泛。

TIM输出比较

CNT：时基单元里面的计数器

CCR: 捕获/比较寄存器（输入捕获和输出比较公用）

输出比较的基本功能：当CNT大于CCR、小于CCR或者等于CCR时，输出就会对应的置1、置0。这样就可以输出一个电平不断跳变的PWM波形

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PWM(Pulse Width Modulation 脉冲宽度调制)的秘诀时：天下武功，为快不破——惯性系统才可用

高低电平跳变的数字信号可以等效为中间虚线所表示的模拟量，当上面电平时间长一点，下面电平时间短一点的时候，那么等效的模拟量就偏向于上面，当下面电平时间长一点，上面电平时间短一点的时候，等效的模拟量就偏向于下面。

当我们调控这个点亮和熄灭的时间比例时，就能让LED呈现出不同的亮度级别。

只有具有惯性的系统，才能使用PWM

占空比，它决定了PWM等效出来的模拟电压的大小。占空比越大，那等效的模拟电压就越趋近于高电平，占空比越小，那等效的模拟电压就越趋近于低电平。（线性关系）

分辨率：占空比变化的精细程度

使用PWM波形，就可以在数字系统等效输出模拟量，就能实现LED控制亮度 ，电机控速等功能。
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输出比较通道（通用定时器）

模式控制的输入是：CNT和CCR的大小关系，输出是REF的高低电平。

冻结：比如你正在输出PWM波，突然想暂停一会输出，就可以设置成这个模式，一旦切换为冻结模式，输出就暂停，并且高低电平也维持为暂停时刻的状态，保持不变。

PWM模式1和PWM模式2可以用于输出频率和占空比都可调的PWM波形。而PWM模式2实际上就是PWM模式1输出的取反。改变PWM模式1和PWM模式2就只是改变了REF电平的极性。
输出模式可设置极性，最终输出之前也可以设置极性灵活

重点-PWM基本结构

左上角是时基单元和运行控制，最左边是时钟源选择，这里省略了，这里更新中断申请不再需要，输出PWM暂时不需要中断。?

配置好时基单元，CNT就可以开始不断自增运行。然后下面就是输出比较单元，总共4路。输出比较单元的最开始是CCR捕获寄存器。CCR是我们设定的，CNT不断自增运行，同时它俩还在不断比较，后面就是输出模式控制器。

上图是PWM1模式1的执行逻辑。

蓝色线: CNT的值

黄色线：ARR的值

红色线：CCR

蓝色线从0开始自增，一直增到ARR，也就是99，之后清0继续自增，在这个过程中，再设置一条红色线，这条红色线就是CCR，比如我们设置CCR为30，之后再执行以下这个逻辑。

绿色线就是输出：

CNT<CCR,置高电平

CNT>=CCR,置低电平

以上占空比是受到CCR值的调控的。

若CCR设置高，则输出的占空比就变大。若CCR设置低一些，输出的占空比就变小。

REF：一个频率可调，占空比也可调的PWM波形

最终经过极性选择，输出使能，最终通向GPIO，完成PWM波形的输出

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PWM参数计算?

CNT从0一直加到ARR(99),总共计算了100个数，再看高电平时间，从0加到CCR（30），在等于30的瞬间就已经跳变为低电平，所以CNT从0到29是高电平，总共是30个数。

占空比=30/（99（ARR）+1）=30/100=30%

CCR的值取决于ARR的范围。ARR越大，CCR的范围就越大，对应的分辨率就越大。
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舵机，直流电机，硬件电路

执行逻辑:PWM输入到控制板，给控制板一个指定的目标角度，然后电位器检测输出轴的当前角度，如果大于目标角度，电机就会反转，如果小于目标角度，电机就会正转最终使输出轴固定在指定角度。

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PWM驱动LED呼吸灯代码

第一步：RCC开启时钟，把我们要用的TIM外设和GPIO外设的始终打开

第二步：配置时基单元，包括前面的时钟源选择

第三步：配置输出比较单元，里面包括这个CCR的值、输出比较模式、极性选择、输出使能这些参数；

第四步：配置GPIO，把PWM对应的GPIO口，初始化为复用推挽输出的配置，PWM和GPIO的对应关系是怎样的（参考引脚定义表）

第五步：运行控制，启动计数器，就能输出PWM

PWM代码总体思路

初始化TIM2的通道1，产生一个PWM波形，输出引脚是PA0，然后通过SetCompare1函数，可以调节CCR1寄存器的值，从而控制PWM的占空比。但是PWM的频率在初始化写定，运行时调节不方便，所以在最后加一个函数来便捷调节PWM频率

?通用公式：

PSC和ARR都可以调节频率，但是占空比=CCR/（ARR+1）,如果通过调节ARR调节频率，同时会影响到占空比。通过PSC调节频率，不会影响占空比。因此固定ARR，通过调节PSC改变PWM频率，另外ARR为100-1，CCR的数值直接就是占空比。

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "PWM.h"

uint8_t i;

int main(void)
{
	OLED_Init();
	PWM_Init();
	//在主循环里不断调用PWM_SetCompare1函数
	//更改CCR的值，这样就能完成LED呼吸灯的效果
	while (1)
	{//从0变到100
		for (i = 0; i <= 100; i++)
		{
			PWM_SetCompare1(i);
			Delay_ms(10);  //延时，否则太快
		}
		//从100变到0
		for (i = 0; i <= 100; i++)
		{
			PWM_SetCompare1(100 - i);
			Delay_ms(10);
		}
	}
}

pwm.c:

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void PWM_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
//	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
//	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);    //引脚重映射配置函数，部分重映射，可将PA0换到PA15
//	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);  //关闭调试端口的复用
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;		//GPIO_Pin_15;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	//初始化时基单元
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;		//ARR周期
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;		//PSC预分频器
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	//初始化输出比较单元（即初始化通道）
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	//给结构体赋初始值，如果不想把所有成员都列一遍赋值，可以先用structInit赋值，再更改想要修改的值
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;          //输出比较模式，PWM模式1
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  //设置输出比较的极性，高极性，就是极性不翻转，REF波形直接输出
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  //设置输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;		//设置CCR
	//在TIM2的OC1通道上就可以输出PWM波形了，但最终这个波形需要借用GPIO口才能输出
	TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
//该函数单独设置通道1的CCR值。 
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);
}

pwm.h

#ifndef __PWM_H
#define __PWM_H

void PWM_Init(void);                    //PWM初始化                  
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare); //设置CCR，改变占空比

#endif

PWM舵机控制代码

驱动舵机的关键，输出如下图的PWM波形:

main.c:

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Servo.h"
#include "Key.h"

uint8_t Angle;
uint8_t KeyNum;

int main(void)
{
	OLED_Init();
	Servo_Init();

	Servo_SetAngle(90);
	OLED_ShowString(1,1,"Angle:");
	
	while (1)
	{
		KeyNum = Key_GetNum();
		if(KeyNum == 1)
		{
			Angle += 90;
			if(Angle > 180)
			{
				Angle = 0;
			}
		}
		Servo_SetAngle(Angle);
		OLED_ShowNum(1,7,Angle,3);  //1行7列显示Angle，长度为3
		
	}
}

pwm.c:

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void PWM_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	//PA1 口的通道2
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;		
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	//初始化时基单元
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 20000 - 1;		//ARR周期
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;		//PSC预分频器
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	//初始化输出比较单元（即初始化通道）
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	//给结构体赋初始值，如果不想把所有成员都列一遍赋值，可以先用structInit赋值，再更改想要修改的值
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;          //输出比较模式，PWM模式1
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  //设置输出比较的极性，高极性，就是极性不翻转，REF波形直接输出
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  //设置输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;		//设置CCR （500~2500对应0.5ms~2.5ms）
	//在TIM2的OC1通道上就可以输出PWM波形了，但最终这个波形需要借用GPIO口才能输出
	TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  //通道2
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
//该函数在运行过程中单独设置通道2的CCR值
void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare2(TIM2, Compare);
}

pwm.h

#ifndef __PWM_H
#define __PWM_H

void PWM_Init(void);
void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare);

#endif

servo.c

#include "stm32f10x.h"
//舵机模块需要继承PWM文件的功能
#include "PWM.h"

//舵机初始化函数
void Servo_Init(void)
{
	PWM_Init();
}

/*
0        500
180      2500
*/
//线性映射
void Servo_SetAngle(float Angle)
{
	PWM_SetCompare2(Angle / 180 * 2000 + 500);
}

servo.h

#ifndef __SERVO_H
#define __SERVO_H

void Servo_Init(void);
void Servo_SetAngle(float Angle);


#endif

PWM驱动直流电机

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Motor.h"
#include "Key.h"

//通过按键控制电机转速(全局变量)
uint8_t KeyNum;
int8_t Speed;

int main(void)
{
	OLED_Init();
	Motor_Init();
	Key_Init();
	
	Motor_SetSpeed(2);
	
	OLED_ShowString(1,1,"Speed：");

	while (1)
	{
		//实现按键控制速度
		KeyNum = Key_GetNum();
		if(KeyNum == 1)
		{
			Speed += 20;
			if(Speed > 100)
			{
				Speed = -100;
			}
		}
		if(KeyNum == 2)
		{
			Speed -= 10;
			if(Speed < -100)
			{
				Speed = 100;
			}
		}
		Motor_SetSpeed(Speed);
		OLED_ShowNum(1,7,Speed,3);
	}
}

pwm.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void PWM_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;		 //PWM电平输出的GPIO口，控制速度
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	//初始化时基单元
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;		//ARR周期
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 36 - 1;		//PSC预分频器
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	//初始化输出比较单元（即初始化通道）
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	//给结构体赋初始值，如果不想把所有成员都列一遍赋值，可以先用structInit赋值，再更改想要修改的值
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;          //输出比较模式，PWM模式1
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  //设置输出比较的极性，高极性，就是极性不翻转，REF波形直接输出
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  //设置输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;		//设置CCR
	//在TIM2的OC3通道上就可以输出PWM波形了，但最终这个波形需要借用GPIO口才能输出
	TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
//该函数单独设置通道1的CCR值。 
void PWM_SetCompare3(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare3(TIM2, Compare);
}

pwm.h

#ifndef __PWM_H
#define __PWM_H

void PWM_Init(void);                    //PWM初始化                  
void PWM_SetCompare3(uint16_t Compare); //设置CCR，改变占空比

#endif

motor.c

#include "stm32f10x.h" 
//继承PWM
#include "PWM.h"

//初始化电机
void Motor_Init(void)
{
	//电机模块里多了控制方向的两个引脚
	//额外初始化方向控制的两个引脚
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;  //初始化电机控制方向的两个GPIO口
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	PWM_Init();
}
//通过PWM_Setcompare来设置占空比来设置转速
//设置电机速度的函数，参数需要给带符号的速度变量，负数用来表示反转
void Motor_SetSpeed(int8_t Speed)
{
	if(Speed >= 0)
	{
		GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);    //PA4=1
		GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5);  //PA5 = 0
		PWM_SetCompare3(Speed);
	}
	if(Speed < 0)
	{
		GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5);  //PA5 = 1
		GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);  //PA4 = 0
		PWM_SetCompare3(-Speed);   //配置CCR的值
	}
}

motor.h

#ifndef __MOTOR_H
#define __MOTOR_H

void Motor_Init(void);
void Motor_SetSpeed(int8_t Speed);

#endif