HRTIM 指南

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STMCU小助手发布时间：2022-7-14 18:00

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文章简介:	HRTIM 指南

前言
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；
• 太阳能逆变器；
• 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。
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。
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
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。

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。
下列文件作为参考：
• STM32F334x4/x6/x8 数据手册
• STM32F334x4/x6/x8 勘误表
• RM0364 参考手册 STM32F334xx 高级 ARM® 为基础的的 32 位 MCU
• UM1733：STM32F334 探索套件入门
• UM1735：STM32F3 系列的探索套件 - 采用 STM32F334C8 MCU
• UM1736：STM32F334 探索软件开发工具入门
• 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。

1.2 硬件设置
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。
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）。

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。
下面给出的代码片段与编译器无关：
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：
• IAR (EWARM 7.10.3) ；
• KEIL® (MDK-ARM 4.7)。

1.4 STM32F334 和 HRTIM 设置
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）；
• 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。
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。
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
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。
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
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。

HRTIM 时钟初始化
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：
1.
为 RCC_CFGR3 寄存器中的 HRTIM 选择高速 PLL 输出：
__HAL_RCC_HRTIM1_CONFIG(RCC_HRTIM1CLK_PLLCLK);
2. 为在 APB2 总线上映射的寄存器进行时钟使能。
__HRTIM1_CLK_ENABLE();

1.4.3 HRTIM DLL 初始化
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。
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 */
while(HRTIM1->sCommonRegs.ISR & HRTIM_IT_DLLRDY == RESET);
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。
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。
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）；
• 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。

1.4.5 其他外设初始化
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
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。

嵌套向量中断控制器（Nested Vectored Interrupt Controller， NVIC）
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。
与 HRTIM 相关的 NVIC 部分在 HAL_HRTIM_MspInit 函数中进行编程。

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。

比较器
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。
初始化包括模拟输入编程、时钟使能和极性。

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。

ADC 转换器
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）。

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；
• 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 */
__HAL_RCC_HRTIM1_CONFIG(RCC_HRTIM1CLK_PLLCLK);DocID026506 Rev 1 [English Rev 1] 9/33
/* 使能 HRTIM 时钟 */
__HRTIM1_CLK_ENABLE();
/* 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 */
while(HRTIM1->sCommonRegs.ISR & HRTIM_IT_DLLRDY == RESET);
HRTIM1->sCommonRegs.OENR = HRTIM_OENR_TD1OEN; /* 使能 TD1 输出 */
GPIO_HRTIM_outputs_Config(); /* 初始化 HRTIM 输出 */
while(1)
{
/* 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;
}

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。

完整版请查看：附件