【经验分享】STM32F1 通用定时器示例详解--TIM15_ComplementarySignals

STMCU小助手 · 2022-02-24T12:41:16+00:00

前言 2 V2 p3 r6 m1 E% ^' Y基于学习的目的，详细讲解关于标准外设库中的定时器的 17 个示例项目函数文件。本次介绍 TIM15_ComplementarySignals的示例。8 m) Y& v/ b y. k6 a- G 一、示例详解 0 J% k0 t4 y4 k3 ]! T基于硬件平台：STM32F100B-EVAL，MCU 的型号是 STM32F100VBT6。软件则是其标准外设库。 ; F/ _6 e6 K/ W3 {9 d4 R. G, T0 L1、TIM15_ComplementarySignals 的寄存器配置 4 U0 x1 f( g( n! k5 V5 Q+ P! ?软件配置，运行程序可以发现，系统时钟设置为 24MHz，定时器使用到的是 TIM15 ;+ O9 W7 J7 ^0 s& {; y% n3 d " c3 r4 D+ o9 u. ^% I; v R% g 6 N8 ?7 G4 s+ p v/ D" U/ e5 @& f& j% H# V0 Y( x, \ 根据时钟树的图谱及其程序，该示例选择的是内部时钟源作为定时器的时钟源；TIM15 的时钟源来自 APB2 的分频。0 E& {. L- W1 h) c + }- Y- o, A) N; B5 L( ~ ) I& V/ W8 q4 P& G 2 q! H; a! m4 Z7 n8 o % u) A ^: U8 @0 w: J% A " K1 s$ s' w0 ]0 l8 ~ AHB 时钟 (HCLK)在 RCC_CFGR 寄存器中的分频系数 HPRE 的值为 0，即 SYSCLK not divided，即/1，所以 HCLK 就是24MHz；8 i8 W6 [9 ]( d0 `+ E2 F9 m5 ~2 z APB2 的 prescaler 的系数是 PPRE2：0x0，HCLK not divided，即/1，APB2CLK 为 24MHz；由于 APB2 的 prescaler 系数部分频，即/1，所以倍频器不起作用，即为上图中的 TIMxCLK = 24Mhz。/ M" E5 _3 ~/ w T 5 e6 Q. h/ Z) x二、示例演练0 k$ ?& a) T4 b* y$ N m9 J+ @ ; I) G' X4 z- Q: [, h8 ] 5 B4 d5 l; p, y9 q8 P综合上述，本案例中，Timer 的时钟源选择的是 Internal clock，CK_PSC 的时钟频率其实就是时钟树图中的输出 TIMxCLK，然后 TIMxCLK 或 CK_PSC 经过预分频器，才是最终用于计数的时钟基本单位(clock input，输入时钟)。 9 C7 s( n2 O; G/ n另外， 5 t0 {0 E: u& V/ L+ h 2 S1 ~; t, I: G+ J9 o* h P / B1 g# Y3 ~6 W( |5 j$ z4 N1 ?) H1 r 设置 PrescalerValue 的值为 0，不分频，即 TIMxCLK = 24Mhz，即 TIM15 counter clock at 24 MHz。 2 C1 Q/ a$ m; m( |( Z, U0 Y时基部分的设置为向上计数，周期 ARR65535，CCR1_Val = 32767；不重复计数；TIM_ClockDivision = 0，不分频。 * `- Q8 A. K& h5 C# ?! h : K c e% j+ [1 w @& T ) b0 v6 U o& H1 ~' f 3 L0 `8 s9 |% h, C% c 因为计到 ARR 值后还要再计一次，才重新计到 0，所以整个宽度是（TIM15_Period +1）,即 ARR+1；所以带入上述值后，占空比为 50%。 : R, L' s- k! L- k( \9 s H' ~ 5 {6 ?5 j; c! B& x 1 b* {$ u( {: c0 c# i" N* v* q 3 ]2 g! m2 I+ X; H5 t* c2 m在上面的函数执行完成后，TIM_INT 的计数时钟等已经设置好了。' z3 d' |* F, w) e 再简单的描述一下 Prescaler 和 ClockDivision 这两者区别：个人理解，prescalor 是预分频，用于输入捕获等采样时候的分频，是计数分频；而 ClockDivision 决定了时钟和滤波器采样时间之间的关系，只能取 1，2，4 这三个值。& S& W! e0 Y8 a* R' w 接着配置各个通道的设置： " d+ X' `' e I6 F- d9 w' I$ U1 r3 P. V# E9 j5 {; D 5 M7 P8 I2 ]0 I, D% I8 {& | ! x$ {3 }+ d( H" N8 @（结合上面两个图片和极性的配置，可以得出 OCx 的电平的输出，这里不再多说。） 7 |& ~; r* z' b9 A6 s7 K. V1 l配置的模式为 TIM_OCMode_PWM2 (值为 OC1M = 111)；输出使能；低电平有效；最后 TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);，使能PWM 输出；没有打开中断； 6 W% I; Y" a& `& G# N7 |5 sTIM15 counter clock at 24 MHz，计数到 32767 变化，50%占空比，所以更新率为 24000000/32767 = 732.4Hz,PWM 周期为732.4/2 = 366Hz，用示波器观测符合描述。如下图：（下图中并未使能 TIM_Break_Enable，未插入死区时间，仅仅是观察互补信号的波形，从下图可以看出，两个波形的周期相同，占空比之和为 100%，符合互补性号的描述）。) S1 O6 F, I+ ?2 z G9 X) P6 ^9 s 其中： 8 `3 A, G! I8 Q4 Y6 u+ l: ]% {3 r黄色信号代表的是 PA2，TIM15_CH1; ( G; {: }6 L* t蓝色信号代表的是 PB15，TIM15_CH1N; 3 y8 W% g0 N, Q3 Z6 q4 E# l6 Z1 A! d ' p; f' d: |; A3 N4 z! n G8 u* D& _" P( q) r! t1 L( y7 q$ J 接着讨论，下面两句话，对 PA2,PB15 的波形的差别的影响，0 n: T; M; E" E! L " B1 `; A1 [6 |; H( E* t7 P: e: G : F% F- f) u& y4 @# c 0 I5 z! a( N4 b D; R 此处，TIM_OCIdleState 的端口是 PA2，空闲时是 Set 即为高电平，' }7 o" z' {* U" j" Z( d f9 } TIM_OCNIdleState 的端口是 PB15，空闲时是 Reset 即为低电平， + D# ^8 v& M: c7 I) g3 x对于通道对应的端口位可以参考相关芯片的 datasheet 表格。 . ^! Q# ^' }4 m# ~7 [2 R2 N8 h0 F; V/ B. [ 7 `4 s5 u" Y, a% D ( J7 n% N! `; e0 F& [0 I, R& ]执行下面的程序，% l% Z* T( T7 M' a2 P! A * B: ^/ Z9 D/ u/ G% N : W2 x8 v3 u8 D1 l: [) r1 T ) `* ~; I7 g6 X3 ]; |打到如上断点后，示波器的波形，黄色的是 PA2,高电平，蓝色的是 PB15,低电平；也符合描述，用于指明空闲时的状态。 ( x! Q/ _/ ^ T* p8 O: T1 }3 [3 G: d& Q 5 _) u! c# {, t! I6 g* t/ N# U; P. }9 W/ ~$ [) o$ q3 g6 K8 N. h. M 接着，讨论下面这一段函数对于波形的影响，其实就是对 TIM15_BDTR 寄存器的定义设置。% S5 m/ a7 Z- @! V6 j 2 s1 C7 S8 O4 a7 k2 a1 b: Q & Q( q0 k9 d' o* U9 ^7 @! O$ z F6 r1 u6 F* G0 \+ f/ Y 其中，7 l. X% X' }' v. f9 v1 W TIM_OSSRState_Enable 和 TIM_OSSIState_Enable 分别是运行模式下“关闭状态”选择 (Off-state selection for Run mode)和空闲模式下“关闭状态”选择 (Off-state selection for Idle mode)。具体结合下图表，可以得出相应的端口状态。 4 g1 B; K* E' ]- j# H' {! e + m2 Y) K8 f# Y: m 8 L1 Y1 [" M8 a" W% p# Z H" `% [; C/ p& A8 o% Y TIM_AutomaticOutput_Enable，在该程序中，AOE = 1，而 MOE = 0，即 MOE 主输出使能 (Main output enable)在下一个更新事件被自动置’1’(如果刹车输入无效)。 ) z$ D5 Z; V" U& g" F3 Z0 ` 9 e3 I- o* {* l- p8 d- f8 _, v : P W( ~' J) ^+ G% X2 N( D4 R; g `" _1 Y3 C R" ~* { 接着，查看刹车功能的设置，如下两句：6 t: N) i2 o1 K m" G, p+ i , h" c2 n1 C$ [4 i # Q# [! N) z& s: M3 g # s7 H; p" Y/ }2 p0 S使能刹车功能，且刹车输入高电平有效，即当： 3 {; ? r# V6 _/ J* k+ s; K9 e1 ?TIM15_BKIN（PA9）引脚拉高时，刹车功能起作用，无信号输出 ;; G8 m% `! x& @6 R) T0 n1 {5 l TIM15_BKIN（PA9）引脚拉低时，刹车功能不起作用，有信号输出 ; 4 d7 S* @7 v; L9 G. i% y所以在演练该示例时，需要将 PA9 跳线接到地以观察输出的互补信号。 3 O W$ Q; E3 i最后，讨论死区时间的设置，TIM_DeadTime 的影响;其设置的公式如下： + O b; I! W3 a* ^8 x/ ^) U. H" _/ H, l, L T) w- a6 M5 s& V# H6 A & y' W q0 }6 T9 B9 Y6 j' p1 D 在本示例中，TIM15 counter clock at 24 MHz，DTG 为 0x27，即 0010，0111，为 39，所以死区时间的计算公式是： ) X" P4 r l& T( Z0 m1 v 6 z" W9 G# q+ Q / {5 h" @# x& h+ i' O " O9 F/ \4 m$ T/ J w所以，Tdts = 1/24Mhz，带入上式，DT = 39/24000000 = 0.00000163s = 1.63us8 r8 Z" b- V5 i$ r( Y& i ; S2 K+ @+ \4 |3 q$ m; O ' {; ^( e# v2 k$ C1 f! l 4 }1 I$ W7 N# H 自己的计算与 Readme.txt 中的描述相符。 $ O) M k: K/ ?( {( n2 d" G' u _当 TIM_DeadTime = 0xFF;可以很明显的看出 DeadTime 在起作用，# f/ H! u' ?2 I4 n3 ` 9 m0 G- b: y9 A* R- b: r; `# E' F% V8 u 8 T# ^! _" m2 ? f$ t/ u 7 y0 x) s' h5 ]5 [2 ]8 j1 Z$ J 那么 DeadTime 是只对 CH1 或 CH1N 起作用，还是对 CH1 以及 CH1N 都可作用呢？ # e( q4 V$ j6 j5 w9 Q" `6 D对照上面的描述，这儿先简单概述下，, L' P0 a; i6 r- A, _+ m1 b 未使用 DeadTime 时（黄色 CH1,蓝色 CH1N）： 6 c! x4 R& `6 E8 ~4 l! m2 a# X0 P% g% f! v; a6 S: x - C: V$ N* b( ]2 L( P 6 }7 _( ]' q6 y: E1 j# V使用 DeadTime,且设为 0xFF 时(黄色 CH1,蓝色 CH1N)： . o0 Q2 ~ ]. a0 u) J6 m. {4 x4 p7 {9 B2 k# b; \9 T* n4 Z; G ! c* b5 N& L! d8 }- m3 {1 k( N" o 直观的看是对两者 CH1 和 CH1N 都起作用，对占空比有影响，不影响周期。 , G4 | n, h, S8 e2 r9 M下图讲解的很清楚： 6 ?* b! y8 q) R如果 OCx 和 OCxN 为高有效：8 t" t: Z. g4 V6 W 1/ OCx 输出信号与参考信号 OCxREF 相同，只是它的上升沿相对于参考信号的上升沿有一个延迟。 0 _4 o. J1 M9 W& q4 B0 \1 V2/ OCxN 输出信号与参考信号 OCxREF 相反，只是它的上升沿相对于参考信号的下降沿有一个延迟。参考这两句话，可以得出下面的图形。* D3 G% j- L: Y . K) N- @. }& j6 t) r9 k, d9 Q, f# \: d* \& _! E1 K+ Z ( T! a' Y3 M) ~3 w! N3 { # L+ @2 h0 l" u$ C

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STMCU小助手发布时间：2022-2-24 20:41

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文章简介:	STM32F1 通用定时器示例详解--TIM15_ComplementarySignals

前言
基于学习的目的，详细讲解关于标准外设库中的定时器的 17 个示例项目函数文件。本次介绍 TIM15_ComplementarySignals的示例。
一、示例详解
基于硬件平台：STM32F100B-EVAL，MCU 的型号是 STM32F100VBT6。软件则是其标准外设库。
1、TIM15_ComplementarySignals 的寄存器配置
软件配置，运行程序可以发现，系统时钟设置为 24MHz，定时器使用到的是 TIM15 ;

$RU]QRYPC[RE_BNLW@41{)`G.png$

根据时钟树的图谱及其程序，该示例选择的是内部时钟源作为定时器的时钟源；TIM15 的时钟源来自 APB2 的分频。

MWDD2LV@P0]P~`I3R9ECM.png

AHB 时钟 (HCLK)在 RCC_CFGR 寄存器中的分频系数 HPRE 的值为 0，即 SYSCLK not divided，即/1，所以 HCLK 就是24MHz；
APB2 的 prescaler 的系数是 PPRE2：0x0，HCLK not divided，即/1，APB2CLK 为 24MHz；由于 APB2 的 prescaler 系数部分频，即/1，所以倍频器不起作用，即为上图中的 TIMxCLK = 24Mhz。

二、示例演练

综合上述，本案例中，Timer 的时钟源选择的是 Internal clock，CK_PSC 的时钟频率其实就是时钟树图中的输出 TIMxCLK，然后 TIMxCLK 或 CK_PSC 经过预分频器，才是最终用于计数的时钟基本单位(clock input，输入时钟)。
另外，

}A[TWFCINRSNH3%P6X@(K(Y.png

设置 PrescalerValue 的值为 0，不分频，即 TIMxCLK = 24Mhz，即 TIM15 counter clock at 24 MHz。
时基部分的设置为向上计数，周期 ARR65535，CCR1_Val = 32767；不重复计数；TIM_ClockDivision = 0，不分频。

$[84{PXZA5_b@2~N)M(QQT.png$

因为计到 ARR 值后还要再计一次，才重新计到 0，所以整个宽度是（TIM15_Period +1）,即 ARR+1；所以带入上述值后，占空比为 50%。

$%~]22DLU}A_]C43TWKAM`{H.png$

在上面的函数执行完成后，TIM_INT 的计数时钟等已经设置好了。
再简单的描述一下 Prescaler 和 ClockDivision 这两者区别：个人理解，prescalor 是预分频，用于输入捕获等采样时候的分频，是计数分频；而 ClockDivision 决定了时钟和滤波器采样时间之间的关系，只能取 1，2，4 这三个值。
接着配置各个通道的设置：

0F(VUKHKXSTZ3`3LRK(```B.png

（结合上面两个图片和极性的配置，可以得出 OCx 的电平的输出，这里不再多说。）
配置的模式为 TIM_OCMode_PWM2 (值为 OC1M = 111)；输出使能；低电平有效；最后 TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);，使能PWM 输出；没有打开中断；
TIM15 counter clock at 24 MHz，计数到 32767 变化，50%占空比，所以更新率为 24000000/32767 = 732.4Hz,PWM 周期为732.4/2 = 366Hz，用示波器观测符合描述。如下图：（下图中并未使能 TIM_Break_Enable，未插入死区时间，仅仅是观察互补信号的波形，从下图可以看出，两个波形的周期相同，占空比之和为 100%，符合互补性号的描述）。
其中：
黄色信号代表的是 PA2，TIM15_CH1;
蓝色信号代表的是 PB15，TIM15_CH1N;

449M0(BK7K`WTX32X[{}V)J.png

接着讨论，下面两句话，对 PA2,PB15 的波形的差别的影响，

{SH$C$MJS}GH)E[E(RAI8AU.png

此处，TIM_OCIdleState 的端口是 PA2，空闲时是 Set 即为高电平，
TIM_OCNIdleState 的端口是 PB15，空闲时是 Reset 即为低电平，
对于通道对应的端口位可以参考相关芯片的 datasheet 表格。

~$WWGLXOF{J$SX]TMUN}OZG.png

执行下面的程序，

打到如上断点后，示波器的波形，黄色的是 PA2,高电平，蓝色的是 PB15,低电平；也符合描述，用于指明空闲时的状态。

NY}L_C_EZBTS7Y8`FA9FD%F.png

接着，讨论下面这一段函数对于波形的影响，其实就是对 TIM15_BDTR 寄存器的定义设置。

2AM2(}OA8NF7BES7X)}4$UV.png

其中，
TIM_OSSRState_Enable 和 TIM_OSSIState_Enable 分别是运行模式下“关闭状态”选择 (Off-state selection for Run mode)和空闲模式下“关闭状态”选择 (Off-state selection for Idle mode)。具体结合下图表，可以得出相应的端口状态。

CW%HF4%A[7EU74ILUTSB[}R.png

TIM_AutomaticOutput_Enable，在该程序中，AOE = 1，而 MOE = 0，即 MOE 主输出使能 (Main output enable)在下一个更新事件被自动置’1’(如果刹车输入无效)。

@S}JVRD3)ZF4`5BGF6U0.png

接着，查看刹车功能的设置，如下两句：

GV]GHV[4HXT7M79`(T6PWR6.png

使能刹车功能，且刹车输入高电平有效，即当：
TIM15_BKIN（PA9）引脚拉高时，刹车功能起作用，无信号输出 ;
TIM15_BKIN（PA9）引脚拉低时，刹车功能不起作用，有信号输出 ;
所以在演练该示例时，需要将 PA9 跳线接到地以观察输出的互补信号。
最后，讨论死区时间的设置，TIM_DeadTime 的影响;其设置的公式如下：

X_AGRQVDSOF58QL[5O@4@XU.png

在本示例中，TIM15 counter clock at 24 MHz，DTG 为 0x27，即 0010，0111，为 39，所以死区时间的计算公式是：

$`[(QV`{COT5K975}M_OA%RV.png$

所以，Tdts = 1/24Mhz，带入上式，DT = 39/24000000 = 0.00000163s = 1.63us

~DOOF3C}D}QWB6@THOXJ`{W.png

自己的计算与 Readme.txt 中的描述相符。
当 TIM_DeadTime = 0xFF;可以很明显的看出 DeadTime 在起作用，

那么 DeadTime 是只对 CH1 或 CH1N 起作用，还是对 CH1 以及 CH1N 都可作用呢？
对照上面的描述，这儿先简单概述下，
未使用 DeadTime 时（黄色 CH1,蓝色 CH1N）：

T~T9[MA[EEEND1XN9J]QB.png

使用 DeadTime,且设为 0xFF 时(黄色 CH1,蓝色 CH1N)：

K8Y%2$DKF2G@N}%H6H06Y1S.png

直观的看是对两者 CH1 和 CH1N 都起作用，对占空比有影响，不影响周期。
下图讲解的很清楚：
如果 OCx 和 OCxN 为高有效：
1/ OCx 输出信号与参考信号 OCxREF 相同，只是它的上升沿相对于参考信号的上升沿有一个延迟。
2/ OCxN 输出信号与参考信号 OCxREF 相反，只是它的上升沿相对于参考信号的下降沿有一个延迟。参考这两句话，可以得出下面的图形。

$~P_H49C3{N(E3(%$_@YK%KL.png$