定时器输出比较原理及PWM配置研究

定时器输出比较原理及PWM配置研究

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1. 定时器输出比较原理：

1.1 原理聚焦提问：

1. 什么是定时器输出比较？

1.2 原理聚焦回答：

1. F103每个定时器的内部有一个计数器，其值为CNT，当在输出比较模式下，配置TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up（向上计数）时，CNT的值会依次递增，直至达到ARR+1，然后归零，再从0依次递增，不断循环。
   这时，我们配置CCR（捕获 比较 寄存器），给CCR一个值，因而我们可以顾名思义：输出比较可以通过比较CNT与CCR寄存器值的关系，来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形
   输出比较就是比较CNT与CCR的值，在下图中，我们运用配置TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High，及当CNT(0~29)

红线为我们配置CCR（捕获 比较 寄存器）的一个值（30）
蓝线为CNT自增
黄色为ARR的值（99）

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2. PWM配置及原理：

1. 原理

给一个惯性系统反复有规律的间断上电，那么它会匀速运行

2. 配置（以TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; 结构体配置为例讲解重要部分，所有配置代码见下篇文章，下列回答结合AI做出）

在 STM32 的 PWM（脉宽调制） 生成过程中，TIM_OCInitTypeDef 结构体用于配置 定时器的输出比较通道（OC，Output Compare），决定了 PWM 信号的输出特性。

1. 代码解析

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

• TIM_OCInitTypeDef 是 STM32 标准外设库（StdPeriph Library）提供的一个结构体，专门用于 定时器输出比较（OC） 配置。
• 这个结构体包含多个参数，用于设置 PWM 模式、极性、输出状态、占空比 等。

接下来，我们逐行解析结构体的各个参数：

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(1) TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;

作用

• 设置定时器通道的工作模式 为 PWM 模式 1。
• STM32 的 PWM 模式 主要有：
  • TIM_OCMode_PWM1：
    • 当计数值 < CCR（比较值）时，输出 高电平。
    • 当计数值 ≥ CCR 时，输出 低电平。
  • TIM_OCMode_PWM2：
    • 当计数值 < CCR 时，输出 低电平。
    • 当计数值 ≥ CCR 时，输出 高电平。

总结：

• PWM1：高电平持续时间 = CCR，适用于常见的 占空比控制。
• PWM2：与 PWM1 相反，一般用于 反相 PWM 信号。

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(2) TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;

TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;

作用

• 设置 PWM 输出的极性（信号默认电平）。
• STM32 提供 两种极性模式：
  • TIM_OCPolarity_High（默认）：
    • PWM1 模式：0 → 1 时输出高电平，1 → 0 时输出低电平（普通情况）。
  • TIM_OCPolarity_Low：
    • PWM1 模式：0 → 1 时输出低电平，1 → 0 时输出高电平（反向）。

总结：

• TIM_OCPolarity_High → 正常 PWM（默认）。
• TIM_OCPolarity_Low → 反向 PWM（当需要反相信号时）。

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(3) TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;

TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;

作用

• 使能 PWM 输出，让 定时器的 OC 通道可以输出信号。
• 可选值：
  • TIM_OutputState_Enable → 开启输出
  • TIM_OutputState_Disable → 关闭输出

总结：如果 TIM_OutputState_Disable，即使定时器运行，PWM 信号也不会输出到 GPIO。

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(4) TIM_Pulse = 50;

TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 50;

作用

• 设置 CCR（捕获/比较寄存器） 的初始值，即 PWM 的占空比。
• CCR 决定 PWM 信号高电平持续的时间：
  • TIM_Pulse = CCR 代表 PWM 的高电平时间。
  • 占空比计算公式：
    $$\text{占空比}=\frac{\text{CCR}}{\text{ARR}}\times 100\%$$
    其中：
    • CCR（TIM_Pulse） → 高电平持续时间
    • ARR（自动重装值） → PWM 周期

例如：

• 设定 ARR = 100，CCR = 50，则：
  • 占空比 = 50%。
  • PWM 频率 = 由 ARR 和 PSC（预分频器）决定。

总结：

• CCR 控制 PWM 占空比，调整 CCR 值可以 动态改变 PWM 输出强度（如 LED 亮度、电机速度）。

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2. 代码完整配置示例

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;      // PWM 模式 1
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; // 正常极性
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; // 使能 PWM 输出
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 50;                   // 占空比 50%（CCR = 50）

TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  // 这里是 TIM2 的通道 3

• TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
  • TIM2 → 选择定时器 2
  • 通道 3（OC3） → 绑定到 GPIOA 2 号引脚
  • 输出 PWM 信号（50% 占空比）

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3. 总结

配置项	作用	可能取值
TIM_OCMode	选择 PWM 模式	TIM_OCMode_PWM1（正向） / TIM_OCMode_PWM2（反向）
TIM_OCPolarity	PWM 极性	TIM_OCPolarity_High（默认） / TIM_OCPolarity_Low
TIM_OutputState	是否使能 PWM 输出	TIM_OutputState_Enable（输出） / TIM_OutputState_Disable（关闭）
TIM_Pulse	控制 PWM 占空比	CCR（单位：计数值）

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4. 典型应用

• LED 亮度调节
  • 通过改变 TIM_Pulse（CCR），改变 LED 亮度：

    PWM_SetCompare3(80); // 80% 亮度
    

• 舵机控制
  • 舵机通常接受 50Hz 的 PWM，CCR 设定角度：

    PWM_SetCompare3(7); // 舵机旋转至 90°
    

• 电机调速
  • PWM 控制 MOSFET 驱动电机，CCR 控制转速：

    PWM_SetCompare3(30); // 30% 占空比，低速运行
    

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5. 结论

1. TIM_OCInitTypeDef 是 STM32 定时器输出比较（OC） 结构体，专门用于 PWM 配置。
2. TIM_OCMode_PWM1 设定 正向 PWM，PWM 高电平时长 = CCR。
3. TIM_OCPolarity_High 设定 普通极性，否则 PWM 反向。
4. TIM_OutputState_Enable 确保 PWM 信号真正输出。
5. TIM_Pulse（CCR） 决定 PWM 的占空比，从而控制 LED 亮度、电机转速等。

** 综上， TIM_OCInitStructure 结构体就是用于配置 STM32 PWM 信号的关键参数，确保定时器正确输出 PWM 波形。**