• STM32实战总结：HAL之高级定时器

    关于基本定时器参考：

    STM32实战总结：HAL之基本定时器_路溪非溪的博客-CSDN博客

    关于PWM(通用定时器)参考：

    STM32实战总结：HAL之PWM蜂鸣器_路溪非溪的博客-CSDN博客

    高级定时器

    高级定时器，在通用定时器的基础上增加了一些功能。

    补充：

    极性选择是指选择高电平有效，还是低电平有效。

    有的地方可能会提到边沿对齐模式，是和计数器计数的中央对齐模式相对而言的，其实边沿对齐模式就是指向上计数或者向下计数模式。

    重复计数器

    通俗来说就是：

    在基本定时器和通用定时器中，计数值到了之后就会触发更新事件或者中断DMA。而重复计数可以使得在经过了n次重复计数后才触发。

    重复计数器在下述任一条件成立时递减：

    ● 向上计数模式下每次计数器溢出时，

    ● 向下计数模式下每次计数器下溢时，

    ● 中央对齐模式下每次上溢和每次下溢时

    这样的好处有很多，举个简单的例子，如果计数器每轮计数是5ms，为了实现每1s灯闪一下，我们需要在中断函数中重复200次中断。而有了这个重复次数计数器，我们可以很容易地解决这个问题，那就是重复计数次数达到200之后再产生中断，而不必在用户程序中处理。

    重复次数计数器是8位的，最高能产生256的重复次数。

    CNT是16位的，重复次数计数器是8位的，那么这两个加起来一共就是24位的。

    互补输出

    互补输出比较好理解，就是波形相反输出。

    原来低电平变成高电平，原来高电平变成低电平。

    如果原来的占空比是25%，那么互补输出后的占空比就是75%。

    互补输出可以有如下应用场景：

    比如两个MOS管，要求同一时间，一个导通，一个关闭。

    注意：高级定时器只有通道1/2/3有互补输出，通道4是没有的。

    死区

    举例说明。

    比如两个MOS管，要求同一时间，一个导通(都是高电平导通)，一个关闭。

    理想情况下，互补的PWM波在同一时间，肯定是一个高电平一个低电平，状态同时切换。

    上管开的时候，下管就是关闭的；上管关闭的时候，下管就是开的；……

    但是因为硬件没有这么完美，有时候导通和关闭并没有那么及时。可能会导致同一时间，两个MOS管都处于导通状态，这样可能会导致短路。

    比如这个图中，下管打开时，上管还没来得及关闭，就会导致两个管子同时导通：

    为了避免这种状况发生，就需要设置一个死区时间，通过延迟一段时间来避免同时导通的延迟区间。

    以下为带死区的PWM波：

    直观来看就是：

    当其中一个MOS管要导通的时候，另一个MOS管一定要提前关闭。

    反过来说就是：

    先让一个MOS管关闭后，另一个MOS管再导通。

    有个明显特征就是：

    一个波形的高电平（有效电平）总是处在另一个波形的低电平（无效电平）范围之内。

    注意：死区时间通常是针对互补输出来说的。

    带死区控制的互补输出应用之H桥：

    以下为电机控制简图

     

    刹车功能

    举例说明。

    当电机出现异常的时候，可以通过设置中断服务程序将其关停。

    但是软件的响应速度太慢了，所以，可以将异常检测引脚连接到刹车端口，这样，直接触发硬件来关停电机。

    这就是刹车功能，讲究实时性。

    刹车输入为电平有效。可以根据设置选择高电平触发还是低电平触发。

    配置MX

    这里用TIM1_CH1和TIM1_CH1N来进行（带死区的）互补输出。

    使用TIM1_BKIN来做刹车功能的输入。

    所以，以下重点配置TIM1和PE8/PE9/PE15管脚。

    先配置PE8/PE9/PE15管脚（注意不是在GPIO分栏下，而是在Single Mapped Signals下）：

    输出引脚如果频率较高，比如1MHz，那么可以选择High，当然，选择低或者中等也没问题，虽然速度慢，但是节能。

    注意：Modified如果修改了默认值就会打钩，没打勾用的就是默认值。

    继续配置TIM1：

    确认无误后生成初始化代码。

    程序和效果

    自动生成的TIM1初始化代码：

    1. /* TIM1 init function */
    2. void MX_TIM1_Init(void)
    3. {
    4.  
    5.   /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 0 */
    6.  
    7.   /* USER CODE END TIM1_Init 0 */
    8.  
    9.   TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
    10.   TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
    11.   TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
    12.   TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig = {0};
    13.  
    14.   /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 1 */
    15.  
    16.   /* USER CODE END TIM1_Init 1 */
    17.   htim1.Instance = TIM1;
    18.   htim1.Init.Prescaler = 71;
    19.   htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    20.   htim1.Init.Period = 100;
    21.   htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    22.   htim1.Init.RepetitionCounter = 0;
    23.   htim1.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
    24.   if (HAL_TIM_Base_Init(&htim1) != HAL_OK)
    25.   {
    26.     Error_Handler();
    27.   }
    28.   sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
    29.   if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim1, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
    30.   {
    31.     Error_Handler();
    32.   }
    33.   if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim1) != HAL_OK)
    34.   {
    35.     Error_Handler();
    36.   }
    37.   sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
    38.   sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
    39.   if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim1, &sMasterConfig) != HAL_OK)
    40.   {
    41.     Error_Handler();
    42.   }
    43.   sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    44.   sConfigOC.Pulse = 50;
    45.   sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    46.   sConfigOC.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
    47.   sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    48.   sConfigOC.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_RESET;
    49.   sConfigOC.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;
    50.   if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
    51.   {
    52.     Error_Handler();
    53.   }
    54.   sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode = TIM_OSSR_DISABLE;
    55.   sBreakDeadTimeConfig.OffStateIDLEMode = TIM_OSSI_DISABLE;
    56.   sBreakDeadTimeConfig.LockLevel = TIM_LOCKLEVEL_OFF;
    57.   sBreakDeadTimeConfig.DeadTime = 200;
    58.   sBreakDeadTimeConfig.BreakState = TIM_BREAK_ENABLE;
    59.   sBreakDeadTimeConfig.BreakPolarity = TIM_BREAKPOLARITY_HIGH;
    60.   sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput = TIM_AUTOMATICOUTPUT_ENABLE;
    61.   if (HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&htim1, &sBreakDeadTimeConfig) != HAL_OK)
    62.   {
    63.     Error_Handler();
    64.   }
    65.   /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 2 */
    66.  
    67.   /* USER CODE END TIM1_Init 2 */
    68.   HAL_TIM_MspPostInit(&htim1);
    69.  
    70. }

    PWM开启库函数：

    在stm32f1xx_hal_tim.h文件中：

    1. /** @addtogroup TIM_Exported_Functions_Group3 TIM PWM functions
    2.   *  @brief   TIM PWM functions
    3.   * @{
    4.   */
    5. /* Timer PWM functions ********************************************************/
    6. HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Init(TIM_HandleTypeDef *htim);
    7. HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_DeInit(TIM_HandleTypeDef *htim);
    8. void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim);
    9. void HAL_TIM_PWM_MspDeInit(TIM_HandleTypeDef *htim);
    10. /* Blocking mode: Polling */
    11. HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);
    12. HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Stop(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);
    13. /* Non-Blocking mode: Interrupt */
    14. HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);
    15. HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Stop_IT(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);
    16. /* Non-Blocking mode: DMA */
    17. HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start_DMA(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel, uint32_t *pData, uint16_t Length);
    18. HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Stop_DMA(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);

    PWM波互补波形开启库函数：

    在stm32f1xx_hal_tim_ex.h文件中（很多外设都有一个对应的ex扩展文件，一些较为高级的功能通常会放在扩展文件中）：

    1. /** @addtogroup TIMEx_Exported_Functions_Group3 Extended Timer Complementary PWM functions
    2.   *  @brief    Timer Complementary PWM functions
    3.   * @{
    4.   */
    5. /*  Timer Complementary PWM functions  ****************************************/
    6. /* Blocking mode: Polling */
    7. HAL_StatusTypeDef HAL_TIMEx_PWMN_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);
    8. HAL_StatusTypeDef HAL_TIMEx_PWMN_Stop(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);
    9.  
    10. /* Non-Blocking mode: Interrupt */
    11. HAL_StatusTypeDef HAL_TIMEx_PWMN_Start_IT(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);
    12. HAL_StatusTypeDef HAL_TIMEx_PWMN_Stop_IT(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);
    13. /* Non-Blocking mode: DMA */
    14. HAL_StatusTypeDef HAL_TIMEx_PWMN_Start_DMA(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel, uint32_t *pData, uint16_t Length);
    15. HAL_StatusTypeDef HAL_TIMEx_PWMN_Stop_DMA(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);

    我们要用的函数是：

    1. HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_PWM_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);
    2.  
    3. HAL_StatusTypeDef HAL_TIMEx_PWMN_Start(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);

    也就是两个开启函数，开启CH1和CH1N互补输出。

    借助示波器查看死区

    可以通过示波器查看效果。

    将示波器探头分别接到CH1和CH1N，可以看到输出了带有死区的互补波形。

    如果改变死区时间，会有相应的改变。

    如果死区时间是0，那么会对齐：

    根据测试：

    设置值255-14us左右，200-4us左右，100-1.5us左右，具体死区时间和MX里填的数值之间并不是线性关系。另外死区时间是设定好后不变的，不会因为频率变化而变化。死区时间设置根据硬件的反应能力来调整，也不能设置太长，同时关闭的时间太久也可能出现一些问题。

    以上占空比是50%，可以通过TIM1->CCR1去设置。

    刹车功能

    初始化时设置的是高电平触发刹车，那么，当PE15输入高电平时，就会触发中断进行保护，即停止输出波形控制。

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