基于CKS32F4xx系列的MCU互補(bǔ)PWM方案

MCU微課堂

CKS32F4xx系列

MCU互補(bǔ)PWM

互補(bǔ)輸出簡(jiǎn)介

互補(bǔ)輸出只能在高級(jí)控制定時(shí)器（TIM1和TIM8）上使用，可以輸出兩路互補(bǔ)信號(hào)，包括主輸出OCx和互補(bǔ)輸出OCxN?；诒容^輸出一節(jié)的內(nèi)容，OCx和OCxN都可以輸出一定頻率和占空比的PWM波形，且他們的極性是相反的，如圖1所示，OCxREF是參考信號(hào)，OCx輸出信號(hào)與參考信號(hào)相同，只是它的上升沿相對(duì)于參考信號(hào)的上升沿有一個(gè)延遲，OCxN輸出信號(hào)與參考信號(hào)相反，只是它的上升沿相對(duì)于參考信號(hào)的下降沿有一個(gè)延遲，這個(gè)延遲時(shí)間，我們是可以通過(guò)死區(qū)寄存器配置的，本節(jié)中我們可以設(shè)置為0。

圖1 帶死區(qū)插入的互補(bǔ)輸出

圖2捕獲比較通道的輸出階段

如圖3所示，因?yàn)榛パa(bǔ)輸出多用于PWM控制電機(jī)的項(xiàng)目中，所以緊急情況下的剎車控制是必不可少的，OSSR的含義是運(yùn)行模式下的關(guān)閉狀態(tài)選擇，OSSI的含義是空閑模式下的關(guān)閉狀態(tài)選擇，MOE的含義是主輸出使能，一般的應(yīng)用模式為，當(dāng)短路輸入為有效狀態(tài)，MOE又硬件異步清零，OSSI設(shè)置為0，禁止OCOCN輸出，OSI1OSI1N設(shè)置為0，OC1OC1N輸出為0，達(dá)到緊急剎車的目的。

圖3 控制位和輸出狀態(tài)

配置步驟

互補(bǔ)輸出實(shí)際跟比較輸出章節(jié)一樣使用的是定時(shí)器的功能，所以相關(guān)的函數(shù)設(shè)置同樣在庫(kù)函數(shù)文件CKS32f4xx_tim.h和CKS32f4xx_tim.c文件中。 1）開啟TIM1和GPIO時(shí)鐘，配置PA7、PA8選擇復(fù)用功能GPIO_AF_TIM1輸出。要使用TIM1，我們必須先開啟TIM1的時(shí)鐘，這點(diǎn)相信大家看了這么多代碼，應(yīng)該明白了。這里我們還要配置PA7、PA8為復(fù)用（GPIO_AF_TIM1）輸出，才可以實(shí)現(xiàn)TIM1_CH1的互補(bǔ)PWM經(jīng)過(guò)PA7、PA8輸出。庫(kù)函數(shù)使能TIM1時(shí)鐘的方法是：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE); //>>TIM1 時(shí)鐘使能

這在前面章節(jié)已經(jīng)提到過(guò)。當(dāng)然，這里我們還要使能GPIOA的時(shí)鐘。然后我們要配置PA7引腳映射至GPIO_AF_TIM1，復(fù)用為定時(shí)器1，調(diào)用的函數(shù)為：

GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource7,GPIO_AF_TIM1); //>>GPIOA7 復(fù)用為定時(shí)器1

配置PA8引腳映射至GPIO_AF_TIM1，復(fù)用為定時(shí)器1，調(diào)用的函數(shù)為：

GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource8,GPIO_AF_TIM1); //>>GPIOA8 復(fù)用為定時(shí)器1

這個(gè)方法跟我們串口實(shí)驗(yàn)講解一樣，調(diào)用的同一個(gè)函數(shù),最后設(shè)置PA7為復(fù)用功能輸出這里我們只列出GPIO初始化為復(fù)用功能的一行代碼：

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //>>復(fù)用功能

這里還需要說(shuō)明一下，對(duì)于定時(shí)器通道的引腳關(guān)系，大家可以查看CKS32F4對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊(cè)，比如我們PWM實(shí)驗(yàn)，我們使用的是定時(shí)器1的通道1，對(duì)應(yīng)的引腳PA7可以從數(shù)據(jù)手冊(cè)表中查看：

2）初始化TIM1,設(shè)置TIM1的ARR和PSC等參數(shù)。在開啟了TIM1的時(shí)鐘之后，我們要設(shè)置ARR和PSC兩個(gè)寄存器的值來(lái)控制輸出PWM的周期。這在庫(kù)函數(shù)是通過(guò)TIM_TimeBaseInit函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，在上一節(jié)定時(shí)器中斷章節(jié)我們已經(jīng)有講解，這里就不詳細(xì)講解，調(diào)用的格式為：

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設(shè)置自動(dòng)重裝載值


TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //設(shè)置預(yù)分頻值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //設(shè)置時(shí)鐘分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上計(jì)數(shù)模式
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根據(jù)指定的參數(shù)初始化 TIMx

3）設(shè)置TIM1_CH1的PWM模式，使能TIM1的CH1輸出。設(shè)置TIM1_CH1為PWM模式（默認(rèn)是凍結(jié)的）通過(guò)配置TIM1_CCMR1的相關(guān)位來(lái)控制TIM1_CH1的模式。在庫(kù)函數(shù)中，PWM通道設(shè)置是通過(guò)函數(shù)TIM_OC1Init()~TIM_OC4Init()來(lái)設(shè)置的，不同的通道的設(shè)置函數(shù)不一樣，這里我們使用的是通道1，所以使用的函數(shù)是TIM_OC1Init()。

Void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct)；

這種初始化格式大家學(xué)到這里應(yīng)該也熟悉了，所以我們直接來(lái)看看結(jié)構(gòu)體TIM_OCInitTypeDef的定義：

typedef struct
{
uint16_t TIM_OCMode;
uint16_t TIM_OutputState;
uint16_t TIM_OutputNState; */
uint16_t TIM_Pulse;
uint16_t TIM_OCPolarity;
uint16_t TIM_OCNPolarity;
uint16_t TIM_OCIdleState;
uint16_t TIM_OCNIdleState;
} TIM_OCInitTypeDef;

這里我們講解一下與我們要求相關(guān)的幾個(gè)成員變量：參數(shù)TIM_OCMode設(shè)置模式是PWM還是輸出比較，這里我們是PWM模式。參數(shù)TIM_OutputStateOutputNState用來(lái)設(shè)置比較輸出使能，也就是使能PWM輸出到端口。參數(shù)TIM_OCPolarityOCNPolarity用來(lái)設(shè)置極性是高還是低。參數(shù)TIM_OCIdleState和TIM_OCNIdleState用來(lái)設(shè)置空閑時(shí)的輸出狀態(tài)。要實(shí)現(xiàn)我們上面提到的場(chǎng)景，方法是：

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //>>選擇模式 PWM
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //>>比較輸出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputState_Enable; //>>比較輸出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High; //>>輸出極性高
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //>>輸出極性低
TIM_OCInitStructure. TIM_OCIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset; //>>當(dāng)MOE=0重置輸出空閑狀態(tài)
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset; //>>當(dāng)MOE=0重置輸出空閑狀態(tài)
TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse=100;//待裝入捕獲比較寄存器的脈沖值
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //>>根據(jù)指定的參數(shù)初始化外設(shè)TIM1 OC1
 TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM1在CCR上的預(yù)裝載寄存器

4）使能 TIM1。在完成以上設(shè)置了之后，我們不開啟剎車功能，并使能TIM1,使能TIM1的方法前面已經(jīng)講解過(guò)：

TIM_BDTRStructure.TIM_AutomaticOutput=TIM_AutomaticOutput_Enable;//自動(dòng)輸出功能使能
TIM_BDTRStructure.TIM_Break=TIM_Break_Disable;//失能剎車輸入
TIM_BDTRStructure.TIM_BreakPolarity=TIM_BreakPolarity_High; //剎車輸入管腳極性高
TIM_BDTRStructure.TIM_DeadTime=0; //輸出打開和關(guān)閉狀態(tài)之間的延時(shí)
TIM_BDTRStructure.TIM_LOCKLevel=TIM_LOCKLevel_OFF;// 鎖電平參數(shù): 不鎖任何位
TIM_BDTRStructure.TIM_OSSIState=TIM_OSSIState_Disable; //設(shè)置在運(yùn)行模式下非工作狀態(tài)選項(xiàng)
TIM_BDTRStructure.TIM_OSSRState=TIM_OSSRState_Disable; //設(shè)置在運(yùn)行模式下非工作狀態(tài)選項(xiàng)
TIM_BDTRConfig(TIM1,&TIM_BDTRStructure);
TIM_ARRPreloadConfig(TIM1,ENABLE); //使能TIM1在ARR上的預(yù)裝載寄存器
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);   //PWM使能主輸出MOE=1
TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);   //打開TIM1

5）修改TIM1_CCR1來(lái)控制占空比。最后，在經(jīng)過(guò)以上設(shè)置之后，PWM其實(shí)已經(jīng)開始輸出了，只是其占空比和頻率都是固定的，而我們通過(guò)修改TIM1_CCR1則可以控制CH1的輸出占空比。在庫(kù)函數(shù)中，修改TIM1_CCR1占空比的函數(shù)是：

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare2)；

理所當(dāng)然，對(duì)于其他通道，分別有一個(gè)函數(shù)名字，函數(shù)格式為：

TIM_SetComparex(x=1,2,3,4)

通過(guò)以上5個(gè)步驟，我們就可以控制TIM1的CH1輸出互補(bǔ)PWM波了。 3代碼示例添加PWM配置文件pwm.c和pwm.h。 pwm.c源文件代碼如下：

//>>TIM1 PWM 部分初始化
//>>PWM 輸出初始化
//>>arr：自動(dòng)重裝值 psc：時(shí)鐘預(yù)分頻數(shù)
void TIM1_PWM_Init(u32 arr,u32 psc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);//TIM1 時(shí)鐘使能
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); //使能 PORTA 時(shí)鐘
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource7,GPIO_AF_TIM1); //PA7 復(fù)用為 TIM1
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource8,GPIO_AF_TIM1); //PA8 復(fù)用為 TIM1
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8; //GPIOF9
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //復(fù)用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; //速度 100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽復(fù)用輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //初始化 PA7PA8
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; //定時(shí)器分頻
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上計(jì)數(shù)模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; //自動(dòng)重裝載值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseStructure);//初始化定時(shí)器 1
//初始化 TIM1 Channel1 互補(bǔ)PWM 模式
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //>>選擇模式 PWM
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //>>比較輸出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputState_Enable; //>>比較輸出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High; //>>輸出極性低
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //>>輸出極性低
TIM_OCInitStructure. TIM_OCIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset; //>>當(dāng)MOE=0重置輸出空閑狀態(tài)
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset; //>>當(dāng)MOE=0重置輸出空閑狀態(tài)
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //>>根據(jù)指定的參數(shù)初始化外設(shè)TIM1 OC1
 TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM1在CCR上的預(yù)裝載寄存器
TIM_BDTRStructure.TIM_AutomaticOutput=TIM_AutomaticOutput_Enable;//自動(dòng)輸出功能使能  
TIM_BDTRStructure.TIM_Break=TIM_Break_Disable;//失能剎車輸入
TIM_BDTRStructure.TIM_BreakPolarity=TIM_BreakPolarity_High; //剎車輸入管腳極性高
TIM_BDTRStructure.TIM_DeadTime=0; //輸出打開和關(guān)閉狀態(tài)之間的延時(shí)
TIM_BDTRStructure.TIM_LOCKLevel=TIM_LOCKLevel_OFF;// 鎖電平參數(shù): 不鎖任何位
TIM_BDTRStructure.TIM_OSSIState=TIM_OSSIState_Disable; //設(shè)置在運(yùn)行模式下非工作狀態(tài)選項(xiàng)
TIM_BDTRStructure.TIM_OSSRState=TIM_OSSRState_Disable; //設(shè)置在運(yùn)行模式下非工作狀態(tài)選項(xiàng)
TIM_BDTRConfig(TIM1,&TIM_BDTRStructure);
TIM_ARRPreloadConfig(TIM1,ENABLE); //使能TIM1在ARR上的預(yù)裝載寄存器
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);   //PWM使能主輸出MOE=1
TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);              //打開TIM1
TIM_SetCompare1(TIM1,300); //>>設(shè)置pwm的占空比為300/500 = 60%
}

此部分代碼包含了上面介紹的PWM輸出設(shè)置的前5個(gè)步驟。這里我們關(guān)于TIM1的設(shè)置就不再說(shuō)了。接下來(lái)，我們看看主程序里面的main函數(shù)如下：

int main(void)
{ 
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//>>設(shè)置系統(tǒng)中斷優(yōu)先級(jí)分組 2
delay_init(168); //>>初始化延時(shí)函數(shù)
TIM1_PWM_Init(500-1,84-1); //>>定時(shí)器時(shí)鐘為 84M，分頻系數(shù)為 84，所以計(jì)數(shù)頻率
//>> 84M/84=1Mhz,重裝載值500，所以PWM頻率為1M/500=2Khz.
while(1) 
{
}
}

這里，我們先設(shè)置好了NVIC終端優(yōu)先級(jí)，然后初始化延時(shí)函數(shù)和timer，在timer的初始化參數(shù)中我們把PWM的頻率設(shè)置成2K,將占空比設(shè)置成60%，完成PWM輸出設(shè)置。

審核編輯：黃飛

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