
前言" h0 @7 r# b" l 在 STM32 微控制器中, STM32F334xx 产品的目标市场是需要高度精确计时数字信号、尤其是数字功率转换应用的细分市场。包括: • 数字电源; • 照明; • 不间断电源;1 v* R0 Q) @: L- W. N • 太阳能逆变器;. i& [9 ?" U& R+ C9 ` • 无线充电器。 STM32F334xx 微控制器具有高分辨率定时器 (HRTIM)外设,可产生多达 10 个信号,能够处理用于控制、同步或保护的各种不同输入信号。其模块化架构允许对大部分转换拓扑和多并联转换器进行处理,并可在运行中重新配置它们。 通过 STM32F334 参考手册初步了解时,此外设可能看起来比较复杂,这主要是由于它有大量的控制寄存器组。为了补充这份详尽的说明,我们另外提供了一个文档,其中包括快速上手说明以及示例汇总。: d9 y1 Y% P: o* ~5 q 在其第一章中,本指南旨在表明 HRTIM 编程很简单。首先说明环境 (就像是有菜谱的同时也需要有厨房)设置,接着给出了若干简单示例,通过实践帮助理解。这些基本案例用来逐步介绍定时器功能,并提供编程指导。不熟悉 HRTIM 的读者应该仔细阅读本章。# h8 O, h" E+ s* p" F 第二部分是转换器集合,可在开始新设计时使用,从中选取现成的代码示例,或者从中得到灵感和编程技巧来处理本文档中未描述的拓扑。但是需要注意,本指南不包括转换器设计本7 G! I8 I" W, _) d7 q 身 (控制技术和元件设计),这些内容在专门的应用笔记中有描述。 如有必要,每个示例都提供了简要的转换器说明 (拓扑和到 MCU 的连接)、控制波形和代码段。) a* q- T1 d! T3 h# U 6 l8 ]) H* B6 V3 o: ] 1 完成环境的准备 本章中,我们会确保在开始前所有必需的要素均准备就绪,因此可以仅关注 HRTIM 编程。, d# e6 y* \" O5 c 下列文件作为参考: W# x" l3 W9 n& w! O# i2 Y8 i2 I/ ? • STM32F334x4/x6/x8 数据手册# d" ]. x3 e: O • STM32F334x4/x6/x8 勘误表 V& ~$ b% N% n5 w r. }( h5 R5 h • RM0364 参考手册 STM32F334xx 高级 ARM® 为基础的的 32 位 MCU2 w9 J1 g1 c# p9 P) \$ M: [ • UM1733:STM32F334 探索套件入门& E. p* Z$ T3 p( }7 v • UM1735:STM32F3 系列的探索套件 - 采用 STM32F334C8 MCU+ w2 h. Z9 N% [8 [. _9 \/ B+ M • UM1736:STM32F334 探索软件开发工具入门6 O% s- S( \/ G' |1 o. T • AN4885:使用 STM32F3348 Discovery 进行高亮度 LED 调光 预先阅读 RM0364 中的 HRTIM 章节会有帮助。 1.1 必备条件 在享受 HRTIM 的优势之前,我们列出其前提条件。希望读者具有基本的 C 编程技巧,关于MCU 和开发环境的少量经验,以及关于开关模式电源的理论背景。控制策略和元件尺寸标注细节不在本应用笔记范围内,它们可在大量文献中获取。 为简单起见,本指南仅考虑逻辑信号或直接由 MCU 处理的模拟电压,这样就是与电平无关的。不过有些参考文献涉及外部元件接口和电源切换影响 (当定时器或 MCU 具有处理它们的功能时)。 最后,需要提醒的是,如果 STM32F334 和 HRTIM 用于具有危险电压的应用中,则应由熟练的技术人员来操作功率应用,以避免电击、烧伤甚或死亡的风险。7 J' u) v/ @5 }+ X 1.2 硬件设置) q M( X5 f7 h' _3 {2 h+ n) ]$ Y STM32F334 探索板是价格非常实惠的工具,是开始 (以及继续)用 HRTIM 做实验的最佳选择 (订购码:STM32F3348-DISCO)。它包含了编程接口,芯片编程和调试所需的附加材料只是 USB 连接线。所有 I/O 均可在 2.54 mm 间隔的引脚上使用,因此也可连接到穿孔板 / 条状板 / 试验电路板。套件还有两个功率转换器:一个用于 LED 驱动的反向降压转换器和一个低电压降压 / 升压转换器,均具有独立的输入和输出。 示波器是必备的,最后它与逻辑分析仪一起,用于配置对超过 4 个通道的监测。为了显示出细微的高分辨率步长,示波器的采样率必须至少超过 1GS/s,具有交错采样选项,可将时间精度提高超过 217ps 定时器分辨率。7 p7 X( L% d0 W( c7 t 在早期调试阶段,一个或几个函数发生器可帮助仿真来自功率转换器的反馈 (逻辑脉冲或模拟信号)。该发生器必须有触发输入,用于一些特殊用途。如果缺少,也可利用空闲的定时单元,由 HRTIM 本身来仿真反馈信号,这需要多编写一些代码 (或重复利用软件示例)。 9 C: [; H, {% h/ b: b 1.3 工具设置 必须安装一个编译器 (所有示例均适用 32K)以及支持 ST-LINK-V2 调试接口的 IDE。1 m0 s0 C0 v& m8 [ 下面给出的代码片段与编译器无关:9 n: Z; x, Z2 J; i 它们将被简单地复制到面向各种工具链的通用 HRTIM工程模板中。 对于下面的工具链,软件源随工作空间给出:, y" J; s( J3 \6 v4 R% c! i • IAR (EWARM 7.10.3) ; 7 d. s/ H& _ [% J# {% B }8 K • KEIL® (MDK-ARM 4.7)。 1.4 STM32F334 和 HRTIM 设置0 t" [& V/ m; U7 Q+ s 1.4.1 系统时钟初始化 为了实现高分辨率, HRTIM 需要由 PLL 高频输出直接馈送。有两种选择可供使用: • 基于晶体的高速外部(HSE)振荡器,由 PLL 倍频后可提供 144MHz 的频率。这种情况下,此高分辨率为 217ps (144MHz 时钟周期的 1/32);* @' h4 [- C! f# _, ]6 Z3 e1 D • 高速内部(HSI)振荡器,能够提供 128MHz 的频率(8MHz 由 PLL 倍频 16 倍)。这种情况下,高分辨率步长为 244ps (128MHz 时钟周期的 1/32)。该选项适用于有限的温度范围,相关情况参见 STM32F334 数据手册。$ n: J5 B1 D: f o" L 在 HAL 库初始化 (HAL_Init)后,立即在主程序中使用 SystemClock_Config() 函数,完成时钟初始化。, r( \: T9 l# [8 y) I CPU 时钟也来源于 PLL (除以 2 之后),因此它可达到 PLL 输出频率的一半 (使用 HSE+ S/ V. f1 K5 P! B: h 时为 72MH,使用 HSI 时为 64MHz)。它还可被降低,以减少 MCU 功耗,同时保持高分辨 率功能。: _7 R' r; ~( h" |. Z x8 Y9 [ 可最后在主程序中执行 SystemCoreClockUpdate 函数来验证 CPU 工作频率:该频率在0 I3 P8 X" E6 _$ h SystemCoreClock 变量中更新。 1.4.2 HRTIM 初始化 本章逐步地详细介绍如何初始化 HRTIM,包括各个函数调用。实际上,这在HAL_HRTIM_Init 和 HAL_HRTIM_MspInit 程序中完成。 $ v5 A" E' j* u+ B, I HRTIM 时钟初始化% f5 d9 a8 z# E( `: l5 v 当 MCU 上电并开始运行, HRTIM 在编程之前就必须进行时钟控制。这利用复位和时钟控制 (RCC)来实现,包括 2 个步骤:) m4 a% z) l* d4 C- N 1. 6 m/ U; a- ?$ [3 C# w9 _ 为 RCC_CFGR3 寄存器中的 HRTIM 选择高速 PLL 输出: __HAL_RCC_HRTIM1_CONFIG(RCC_HRTIM1CLK_PLLCLK); x# n8 @ x% T5 E9 n4 Q; } 2. 为在 APB2 总线上映射的寄存器进行时钟使能。 __HRTIM1_CLK_ENABLE();4 y& {7 g1 i ?# L: V) L2 m 5 s2 M) h. o0 n- N7 j 1.4.3 HRTIM DLL 初始化: s" k( X1 e6 |; X0 g1 ?' k HRTIM 的延迟锁相环 (DLL)可提供细粒度计时,将高频率 (144 或 128MHz)时钟周期分为 32 个均匀分布的间隔。 在使用高分辨率前,此 DLL 必须至少校准一次。如果电压或温度条件发生改变,在 HRTIM操作过程中可透明地重新进行该校准。也可由硬件使能周期校准。2 [5 o. V8 T3 K u* O3 Z5 n5 b 下面的代码段显示如何完成校准。当 DLLRDY 标志被置位后,高分辨率可用。 /* DLL 校准:使能了周期校准,周期设置为 14µs */HRTIM1->sCommonRegs.DLLCR = HRTIM_CALIBRATIONRATE_14| HRTIM_DLLCR_CALEN;/* 检查 DLL 校准完成的标志位 */* |& {: s- O8 m1 J5 \/ D while(HRTIM1->sCommonRegs.ISR & HRTIM_IT_DLLRDY == RESET); a' M0 u& [- {4 Q$ W% Q) C 建议使能周期校准,默认情况下采用最小校准周期 (设为 14µs)。 注: 如果 DLL 未锁定 (通常是由于 HSE 振荡器未正常配置),下面的代码将引起执行延迟。$ P% s+ \1 u7 A. x HAL 库包含一个函数来实现校准,它具有超时验证,如有必要可重定向至差错处理程序。基于 HAL 的软件示例中使用了此函数。8 }& A+ T1 a: n 1.4.4 HRTIM I/O 初始化 HRTIM 输入和输出映射到标准 I/O 端口,必须像其他 I/O 外设一样进行编程。 HRTIM 端口通道影射为: • AF13 通道 (面向 HRTIM I/O 端口,位于端口 A 和 B);% C& g3 O {" Q' e, X# |$ I6 z: h • AF3 通道 (面向 HRTIM I/O 端口,位于端口 C); HRTIM I/O 初始化必须在两个阶段中完成。在 HRTIM 寄存器之前,首先在HAL_HRTIM_MspInit 函数中初始化 HRTIM 输入。 HRTIM 输出必须在 HRTIM 控制寄存器编程 (示例中它在 GPIO_HRTIM_outputs_Config 函数中完成)后且当计数器使能时进行初始化。这是为了保证来自 GPIO 电路的控制信号传输到 HRTIM 定时器之前,在 HRTIM 中能够正确定义输出状态。( J( O" q' c) _% Z 8 l6 j6 x# y; p8 C3 j" m! o: Y& S' L 1.4.5 其他外设初始化2 \7 w3 ?) D5 | HRTIM 与多种 MCU 外设交互作用,如下所列。进行 IHRTIM 操作时不强制要求对它们全部5 M( o# s8 }# n& k 进行初始化。下列外设的初始化代码在后面所述的一些示例中提供。% K* Y+ K7 \" u& t3 b8 Q9 o 9 s' [ ^: Y# ` 嵌套向量中断控制器 (Nested Vectored Interrupt Controller, NVIC)6 H' v) r& v s8 j& W+ n0 n. V$ y HRTIM 中断请求分组为 7 种中断向量。所有错误均分组到一个特殊向量中,可设置为非常高的优先级。7 L- ~7 G5 q) } 与 HRTIM 相关的 NVIC 部分在 HAL_HRTIM_MspInit 函数中进行编程。" h" u- Q) o3 Y- u- h7 h8 u DMA 控制器 大部分中断请求可用作 DMA 请求,分组到 6 个 DMA 通道 (每个定时单元一个,包括主定时器)。 当启动定时器时,基于 DMA 的 HRTIM 操作使能,利用专门的开始 / 停止函数如HAL_HRTIM_WaveformCounterStart_DMA。* h0 W a# F$ g0 A5 J & O( I$ e2 X3 k) b2 l; C 比较器/ I5 t" O" e x7 C; Y 3 个内置比较器可用来调节模拟信号:它们必须在输出到达 HRTIM 前进行初始化。$ m% D4 W* q9 s8 l4 v 初始化包括模拟输入编程、时钟使能和极性。6 F! X8 u& I& u3 I4 |! k 1 ^$ F) o! U4 j6 S 运算放大器 内置运算放大器能够放大进入 ADC 或比较器的低电压信号,也可直接充当比较器 (相比普通比较器,它速率较低)。它必须与比较器一样进行初始化。# c5 ~6 x1 ~- t ADC 转换器- V/ }2 H% Y) c" H8 t1 t HRTIM 能够触发两个 ADC 转换器中的任意一个。应初始化它们以接收外部触发器信号 (在其常规和 / 或注入转换序列上)。 ADC 的另一个可能用途在于使用模拟看门狗在 HRTIM 上触发外部事件 (用于输出置位 / 复位或计数器复位)。 * D4 s* K) o T7 q3 b% u DAC 转换器 DAC 转换器通常用于定义比较器阈值。它们可利用 HRTIM 的 DAC 触发器,与 HRTIM 操作同步更新。 通用定时器 HRTIM 也可连接到其他片上定时器,有以下用途: • 作为外部事件;( a" t. `0 r. U# j • 作为突发模式触发器或时钟; • 用于 HRTIM 寄存器更新触发。 1.4.6 HRTIM 功能检查 当所有初始化完成,可验证 HRTIM 能够利用下面的简单代码来运行。此示例代码(HRTIM_BasicPWM 示例)使能了 HRTIM TD1 输出并通过软件对其进行切换。 /* 使用 PLLx2 时钟来实现 HRTIM */2 q/ I# l: B* P __HAL_RCC_HRTIM1_CONFIG(RCC_HRTIM1CLK_PLLCLK);DocID026506 Rev 1 [English Rev 1] 9/33, h6 J# w% g8 D6 G% D /* 使能 HRTIM 时钟 */ __HRTIM1_CLK_ENABLE();1 a/ O( L' V- Q; l /* DLL 校准:使能了周期校准,周期设置为 14µs */& P$ w; J1 |2 u; w- s HRTIM1->sCommonRegs.DLLCR = HRTIM_CALIBRATIONRATE_14| HRTIM_DLLCR_CALEN; /* 检查 DLL 校准完成的标志位 */ while(HRTIM1->sCommonRegs.ISR & HRTIM_IT_DLLRDY == RESET);4 K- T5 |& y* Z4 D2 H( u8 x1 S/ F HRTIM1->sCommonRegs.OENR = HRTIM_OENR_TD1OEN; /* 使能 TD1 输出 */ GPIO_HRTIM_outputs_Config(); /* 初始化 HRTIM 输出 */ while(1)' P' z w% Z! i+ H {, Z5 Q6 [$ W. k2 U& F! N /* 通过软件来置位和复位 TD1 */ HRTIM1->sTimerxRegs[HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_D].SETx1R = HRTIM_SET1R_SST; HRTIM1->sTimerxRegs[HRTIM_TIMERINDEX_TIMER_D].RSTx1R = HRTIM_RST1R_SRT; } " Q) d# z+ s# ?; B" g( x1 E [ 此处复制的代码片段可从 HRTIM_Snippets 和 HRTIM_BasicPWM 示例中获取。两种情况下都须通过 #define HRTIM_CHECK 语句来选择示例。 对于本文档其余部分,时钟和 DLL 初始化部分将不再重复,而代之以对HRTIM_Minimal_Config() 函数的调用。: ]" J5 s+ D7 z j* s . N: s- K3 d& u2 [) |0 r; ^5 I 完整版请查看:附件 |
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