当前位置: 首页 > article >正文

定时器TIM输出比较及其应用

一,OC(Output Compare)输出比较介绍

1,简介

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(一般用于电机调速功能)

每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输出比较通道 高级定时器的前3个通道额外拥有死区生成和互补输出的功能

不能在基本定时器上使用

2,输出比较流程介绍

解释:主要是进行计数,流程如下

 启动定时器(CNT开始计数)  
  |  
  |--- 计数过程  
  |       |  
  |       |--- CNT自增  
  |       |  
  |       |--- 比较CNT与CCR的值  
  |               |  
  |               |--- 如果CNT < CCR,输出高电平(或根据模式决定)  
  |               |  
  |               |--- 如果CNT >= CCR,输出低电平(或根据模式决定)  
  |  
  |--- 重复计数过程直到达到ARR值(或特定条件满足)  
  |  
  |--- 定时器溢出或更新事件(根据配置可能触发中断)  
  |  
  |--- 根据需要更新CCR值以调整PWM占空比(可选)  
  |  
  |--- 结束或循环等待下一次事件

计数的输出比较模式主要参考下图

 解释:

常见的输出比较模式:

  1. 冻结模式:在此模式下,CNT与CCR的比较结果对输出无影响,输出电平保持不变。(如果想要输出PWM波形,突然想要暂停一会儿输出,就可以设置为冻结模式,一旦切换为冻结模式,输出就会暂停,并且高低电平也维持为暂停时刻的状态,保持不变)
  2. 匹配时置有效电平:当CNT与CCR匹配时,输出被设置为有效电平(高电平或低电平,取决于配置)。
  3. 匹配时置无效电平:与上述模式相反,当CNT与CCR匹配时,输出被设置为无效电平。
  4. 匹配时电平翻转:当CNT与CCR匹配时,输出电平发生翻转,即高电平变为低电平,低电平变为高电平。
  5. 匹配时置有效电平,匹配时置无效电平,匹配时电平翻转这三种模式可以用于波形输出,有效电平表示置为高电平,无效电平表示置为低电平,电平翻转模式可以方便输出一个频率可调,占空比始终为50%的PWM波形(即输出波形的频率==更新频率/2)
  6. 强制为无效电平和强制为有效电平与冻结模式差不多,想要暂停波形输出,并且在暂停期间保持低电平或者高电平,就可以设置强制输出模式
  7. PWM模式1和PWM模式2:这两种模式用于生成PWM波形。在PWM模式1中,当CNT小于CCR时输出有效电平,否则输出无效电平;在PWM模式2中则相反。通过调整CCR的值,可以控制PWM波形的占空比。(一般使用向上计数)

 

 

二,PWM介绍

1,PWM(Pulse Width Modulation)脉冲宽度调制介绍

在具有惯性的系统中,可以通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要的模拟参量,常应用于电机控速等领域 PWM参数:  

   频率 = 1 / TS            占空比 = TON / TS           分辨率 = 占空比变化步距

 2,PWM基本结构

其中,右上角的图中,蓝色线是CNT的值,黄色线是ARR的值,蓝色线从开始自增到ARR,也就是99,之后清零继续自增, ,在这个过程中,我们再设置一条红色线(CCR),比如我们设置CCR为30,之后再执行下图这里的逻辑,也就是绿色波形的输出,在CNT<CCR时,为高电平;反之为低电平,清零后又设置为高点平,反复循环后,产生一个波形,并且它的占空比是受CCR的值调控的。(CCR越大,占空比越大,CCR越小,占空比越小)

3,PWM参数计算

解释: 

3.1、PWM参数计算基础

  • 频率(f)

    • 定义:单位时间内信号从高电平到低电平再回到高电平的次数(一个周期)。
    • 计算公式:f = 1 / Ts,其中Ts为周期。
  • 占空比(Duty Cycle)

    • 定义:脉冲高电平持续时间与整个周期的比值。
    • 计算公式:Duty = Ton / Ts,其中Ton为高电平持续时间,Ts为周期。占空比通常用百分比表示,即Duty = (Ton / Ts) * 100%。
  • 分辨率(Resolution)

    • 定义:占空比变化的最小步距。
    • 计算公式:Reso = 1 / (ARR + 1),其中ARR为自动重装载值。

3.2、基于定时器参数的PWM计算

在实际应用中,PWM的生成通常依赖于定时器。以下是如何基于定时器的参数(如PSC预分频值、ARR自动重装载值、CCR捕获/比较器值)来计算PWM的频率、占空比和分辨率。

  • PWM频率(Freq)

    • 计算公式:Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1),其中CK_PSC为时钟频率,PSC为预分频值,ARR为自动重装载值。
    • 示例:假设时钟频率CK_PSC为72MHz,PSC为719,ARR为99,则PWM频率Freq = 72000000 / (719 + 1) / (99 + 1) = 10000Hz。
  • PWM占空比(Duty)

    • 计算公式:Duty = CCR / (ARR + 1) * 100%,其中CCR为捕获/比较器值。
    • 示例:假设ARR为99,CCR为50,则PWM占空比Duty = 50 / (99 + 1) * 100% = 50%。
  • PWM分辨率(Reso)

    • 计算公式:Reso = 1 / (ARR + 1),其中ARR为自动重装载值。
    • 示例:假设ARR为99,则PWM分辨率Reso = 1 / (99 + 1) = 1%。

3.3、实际应用中的注意事项

  • 频率选择:PWM的频率应根据具体应用来选取,一般在几十赫兹到几百千赫兹之间。频率的选择应综合考虑系统响应速度、电源噪音干扰、电感元件等因素。
  • 占空比调节:占空比的选择通常根据具体应用来确定,一般在0%到100%之间。通过调节占空比,可以控制电机的平均输出电压和电流,从而控制电机的转速和扭矩;或者控制LED的平均电流,从而改变LED的亮度等。
  • 分辨率考虑:分辨率决定了占空比调节的精细程度。在需要高精度控制的应用中,应选择较高的分辨率。

四,TIM定时器的应用

1,舵机

1.1 介绍

1.2 相关库函数介绍

void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);//配置输出比较单元
void TIM_OC2Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);
void TIM_OC3Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);
void TIM_OC4Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);
void TIM_OCStructInit(TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);

void TIM_ForcedOC1Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ForcedAction);//配置强制输出波形函数
void TIM_ForcedOC2Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ForcedAction);
void TIM_ForcedOC3Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ForcedAction);
void TIM_ForcedOC4Config(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_ForcedAction);

void TIM_OC1PreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);//配置CCR寄存器的预装功能,即影子寄存器,就是写入的值不会立即生效,而是在更新事件才会生效
void TIM_OC2PreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);
void TIM_OC3PreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);
void TIM_OC4PreloadConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPreload);

void TIM_OC1FastConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCFast);//配置快速使能
void TIM_OC2FastConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCFast);
void TIM_OC3FastConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCFast);
void TIM_OC4FastConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCFast);

void TIM_ClearOC1Ref(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCClear);//外部事件时清除REF信号
void TIM_ClearOC2Ref(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCClear);
void TIM_ClearOC3Ref(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCClear);
void TIM_ClearOC4Ref(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCClear);


void TIM_OC1PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);//用于配置定时器(TIM)输出比较(OC)极性的A
void TIM_OC1NPolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCNPolarity);//用于配置定时器TIMx的输出比较1的互补输出(OC1N)的极性。
void TIM_OC2PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);
void TIM_OC2NPolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCNPolarity);
void TIM_OC3PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);
void TIM_OC3NPolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCNPolarity);
void TIM_OC4PolarityConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_OCPolarity);

void TIM_CCxCmd(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_Channel, uint16_t TIM_CCx);//单独修改输出使能参数的
void TIM_CCxNCmd(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_Channel, uint16_t TIM_CCxN);

void TIM_SelectOCxM(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_Channel, uint16_t TIM_OCMode);//选择输出比较模式,用来单独更改输出比较模式的函数

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1);//更改CCR寄存器的值,用来修改占空比
void TIM_SetCompare2(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare2);
void TIM_SetCompare3(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare3);
void TIM_SetCompare4(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare4);

 1.3 PWM驱动舵机的代码

PWM.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void PWM_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);//打开RCC时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//GPIO结构体
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);//打开TIM内部时钟
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;//配置时基单元
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//2分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//向上计数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 20000 - 1;		//ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;		//PSC
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;//初始计数为0
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;//TIM输出捕获
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;//模式1
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;//高电平有效
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;		//CCR 
	TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);//配置通道2输出PWM
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare2(TIM2, Compare);
}

servo.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "PWM.h"

void Servo_Init(void)
{
	PWM_Init();
}

void Servo_SetAngle(float Angle)
{
	PWM_SetCompare2(Angle / 180 * 2000 + 500);
}

 main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Servo.h"
#include "Key.h"

uint8_t KeyNum;
float Angle;

int main(void)
{
	Servo_Init();
	Key_Init();    
	
	while (1)
	{
		KeyNum = Key_GetNum();
		if (KeyNum == 1)
		{
			Angle += 30;
			if (Angle > 180)
			{
				Angle = 0;
			}
		}
		Servo_SetAngle(Angle);
	}
}

/*
0    500
180  2500
*/

2,直流电机

2.1 直流电机介绍

2.2 思路总结

PWM(脉冲宽度调制)控制BT6612驱动直流电机的思路主要基于利用PWM信号调节电机的转速,并通过特定的引脚控制电机的转动方向。以下是详细的控制思路:

2.2.1、硬件基础

BT6612是一种双路直流电机驱动芯片,具有大电流MOSFET-H桥结构,可以同时驱动两个直流电机。它包含输入端口、控制逻辑、PWM生成器和保护电路等部分,其中PWM生成器可以产生不同频率和占空比的PWM波形,用于调节电机的转速。

2.2.2、控制原理
  1. 转速控制

    • 通过改变输入到BT6612的PWM信号的占空比,可以调节电机的转速。占空比越大,电机接收到的平均电压越高,转速越快;占空比越小,平均电压越低,转速越慢。

  2. 方向控制

    • BT6612芯片通过特定的引脚(如AIN1、AIN2、BIN1、BIN2)控制电机的转动方向。通常,将一对引脚设置为高电平,另一对引脚设置为低电平,可以使电机朝一个方向转动;交换这两对引脚的高低电平,则可以使电机朝相反方向转动。

2.2.3、软件实现
  1. 初始化配置

    • 在微控制器(如STM32)中,需要初始化定时器以产生PWM信号,并配置相关的GPIO口为输出模式。

  2. PWM信号生成

    • 通过设置定时器的预分频值、自动重装载寄存器(ARR)的值等参数,可以生成具有特定频率和占空比的PWM信号。这个信号随后被输出到BT6612的PWM输入引脚(如PWMA、PWMB)。

  3. 方向控制逻辑

    • 通过编程控制GPIO口的输出电平,实现对BT6612方向控制引脚的高低电平设置,从而控制电机的转动方向。

2.2.4、注意事项
  1. 频率选择

    • PWM信号的频率应适中,既不宜过高也不宜过低。过高的频率可能增加系统功耗和电磁干扰;过低的频率则可能导致电机运行不稳定或产生可听噪声。

  2. 死区时间

    • 在使用H桥电路驱动电机时,为了防止上下桥臂同时导通导致短路,需要设置一定的死区时间。死区时间的设置应根据具体的应用场景和电机特性来调整。

  3. 保护机制

    • BT6612芯片具有过热保护、短路保护等保护功能。在使用过程中,应确保不超过芯片的额定工作范围,以避免损坏芯片或电机。

  4. 调试与优化

    • 在实际应用中,可能需要根据电机的特性和负载情况对PWM信号的参数进行调试和优化,以达到最佳的控制效果。

2.2.5、总结

PWM控制BT6612驱动直流电机的思路是通过改变PWM信号的占空比来调节电机的转速,并通过控制特定的引脚来实现电机的方向控制。在实现过程中,需要注意硬件连接、软件配置以及相关的注意事项,以确保电机的稳定、高效运行。

2.3 代码展示

pwm.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/**
  * 函    数:PWM初始化
  * 参    数:无
  * 返 回 值:无
  */
void PWM_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);			//开启TIM2的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA2引脚初始化为复用推挽输出	
																	//受外设控制的引脚,均需要配置为复用模式
	
	/*配置时钟源*/
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);		//选择TIM2为内部时钟,若不调用此函数,TIM默认也为内部时钟
	
	/*时基单元初始化*/
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频,选择不分频,此参数用于配置滤波器时钟,不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式,选择向上计数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;                 //计数周期,即ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 36 - 1;               //预分频器,即PSC的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器,高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit,配置TIM2的时基单元
	
	/*输出比较初始化*/ 
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;							//定义结构体变量
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);                         //结构体初始化,若结构体没有完整赋值
	                                                                //则最好执行此函数,给结构体所有成员都赋一个默认值
	                                                                //避免结构体初值不确定的问题
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;               //输出比较模式,选择PWM模式1
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;       //输出极性,选择为高,若选择极性为低,则输出高低电平取反
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   //输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;								//初始的CCR值
	TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);                        //将结构体变量交给TIM_OC3Init,配置TIM2的输出比较通道3
	
	/*TIM使能*/
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);			//使能TIM2,定时器开始运行
}

/**
  * 函    数:PWM设置CCR
  * 参    数:Compare 要写入的CCR的值,范围:0~100
  * 返 回 值:无
  * 注意事项:CCR和ARR共同决定占空比,此函数仅设置CCR的值,并不直接是占空比
  *           占空比Duty = CCR / (ARR + 1)
  */
void PWM_SetCompare3(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare3(TIM2, Compare);		//设置CCR3的值
}

Motor.h

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "PWM.h"

/**
  * 函    数:直流电机初始化
  * 参    数:无
  * 返 回 值:无
  */
void Motor_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);		//开启GPIOA的时钟
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);						//将PA4和PA5引脚初始化为推挽输出	
	
	PWM_Init();													//初始化直流电机的底层PWM
}

/**
  * 函    数:直流电机设置速度
  * 参    数:Speed 要设置的速度,范围:-100~100
  * 返 回 值:无
  */
void Motor_SetSpeed(int8_t Speed)
{
	if (Speed >= 0)							//如果设置正转的速度值
	{
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);	//PA4置高电平
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);	//PA5置低电平,设置方向为正转
		PWM_SetCompare3(Speed);				//PWM设置为速度值
	}
	else									//否则,即设置反转的速度值
	{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);	//PA4置低电平
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);	//PA5置高电平,设置方向为反转
		PWM_SetCompare3(-Speed);			//PWM设置为负的速度值,因为此时速度值为负数,而PWM只能给正数
	}
}

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Motor.h"
#include "Key.h"

uint8_t KeyNum;		//定义用于接收按键键码的变量
int8_t Speed;		//定义速度变量

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();		//OLED初始化
	Motor_Init();		//直流电机初始化
	Key_Init();			//按键初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "Speed:");		//1行1列显示字符串Speed:
	
	while (1)
	{
		KeyNum = Key_GetNum();				//获取按键键码
		if (KeyNum == 1)					//按键1按下
		{
			Speed += 20;					//速度变量自增20
			if (Speed > 100)				//速度变量超过100后
			{
				Speed = -100;				//速度变量变为-100
											//此操作会让电机旋转方向突然改变,可能会因供电不足而导致单片机复位
											//若出现了此现象,则应避免使用这样的操作
			}
		}
		Motor_SetSpeed(Speed);				//设置直流电机的速度为速度变量
		OLED_ShowSignedNum(1, 7, Speed, 3);	//OLED显示速度变量
	}
}

 

 

 

 


http://www.kler.cn/news/334557.html

相关文章:

  • 幂等性接口实现
  • 前端公共资源CDN存储库大全
  • Pikachu-unsafe upfileupload-getimagesize
  • 【深度学习】— softmax回归、网络架构、softmax 运算、小批量样本的向量化、交叉熵
  • 【C++ STL】手撕vector,深入理解vector的底层
  • 【分布式微服务云原生】掌握分布式缓存:Redis与Memcached的深入解析与实战指南
  • 【RabbitMq源码阅读】分析RabbitMq发送消息源码
  • stm32定时器中断和外部中断
  • 深入探讨指令调优的局限性
  • 删除GitHub仓库的fork依赖 (Delete fork dependency of a GitHub repository)
  • 简单介绍Wiki和历史
  • pytorch和yolo区别
  • Spring Boot新闻推荐系统:性能优化策略
  • 10.2 如何解决从复杂 PDF 文件中提取数据的问题?
  • 吴恩达深度学习笔记:卷积神经网络(Foundations of Convolutional Neural Networks)2.7-2.8
  • c++之继承(上)
  • SpringBoot校园资料分享平台:设计与实现
  • 工具 | 红队大佬亲测5款推荐的Burpsuite插件
  • Kotlin 处理字符串和正则表达式(二十一)
  • 探索IP协议的神秘面纱:Python中的网络通信