输出比较简介

输出比较简介

主要是用来输出PWM波形，这个波形是驱动电机的（智能车和机器人等）必要条件

OC（Output Compare）输出比较，还有IC，全称是Input Capture，意为输入捕获，还有CC，全称是Capture/Compare，一般表示的是输入捕获和输出比较的单元

输出比较可以通过比较CNT与CCR（捕获/比较寄存器）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

这个捕获/比较寄存器是输入捕获和输出比校共用的，当使用输入捕获时，它就是捕获寄存器，当使用输出比较时，它就是比较寄存器，那在输出比较这里，这块电路会比较CNT和CCR的值，CNT计数自增，CCR是我们给定的一个值，当CNT大于CCR、小于CCR或者等于CCR时，TIMx_CH1输出就会对应的置1、置0、置1、置0

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:驱动三相无刷电机的

PWM波形简介

PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制：是一个数字输出信号，也是由高低电平组成的

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

我们让LED不断点亮、熄灭、点亮、熄灭，当这个频率足够大的时候，LED就不会闪烁了，而是呈现一个中等亮度，当我们调控这个点亮和熄灭的时间比例时，就能让LED呈现出不同的亮度级别，对于电机调速也是一样的，我们以一个很快的频率，给电机通电、断电、通电、断电，那么电机的速度就能维持在一个中等速度，这就是PWM的基本思想（天下武功，唯快不破）

PWM的应用场景必须要是一个惯性系统，就是说LED在熄灭的时候，由于余晖和人眼视觉暂留现象，LED不会立马熄灭，而是有一定的惯性，过一小段时间才会熄灭，电机也是，当电机断电时，电机的转动不会立马停止，而是有一定的惯性，过一会儿才停

这种高低电平跳变的数字信号，它是可以等效为中间这个虚线所表示的模拟量的，当这个上面电平时间长一点，下面电平时间短一点的时候，那等效的模拟量就偏向于上面（反之亦然）

PWM的频率越快，那它等效模拟的信号就越平稳，不过同时性能开销就越大

一般来说PWM的频率都在几K到几十KHz，这个频率就已经足够快了

占空比就是高电平时间相对于整个周期时间的比例，占空比决定了PWM等效出来的模拟电压的大小，占空比越大，那等效的模拟电压就越趋近于高电平，占空比越小，那等效的模拟电压就越趋近于低电平，这个等效关系一般来说是线性的，比如高电平是5V，低电平是0V，那50%占空比就等效于中间电压，就是2.5V，20%占空比就等效于，1/5处的电压，就是1V

那最后一个参数就是分辨率，它等于占空比变化步距，比如有的占空比只能是1%、2%、3%等等这样以1%的步距跳变，那它的分辨率就是1%，所以这个分辨率就是占空比变化的精细程度，这个分辨率需要多高，得看你实际项目的需求，如果你即要高频率，又要高分辨率，这就对硬件电路要求比较高了，不过一般要求不高的话，1%的分辨率就已经足够使用了

定时器的输出比较模块是怎么输出PWM波形的呢？

这里这个图是高级定时器前三个通道的输出比较部分电路

这个图是通用定时器的输出比较部分电路，包括高级定时器的第四个通道和这个结构也基本是一样的，这个图是通用定时器下面这个地方的放大版

左边就是CNT计数器和CCR1第一路的捕获/比较寄存器，它俩进行比较，当CNT>CCR1，或者CNT=CCR1时，就会给这个输出模式控制器传一个信号，然后输出模式控制器就会改变它输出OC1REF的高低电平，REF（reference的缩写，意思是参考信号）信号实际上就是指这里信号的高低电平，然后上面这里还有个ETRF输入，这个是定时器的一个小功能，一般不用，不需要了解，接着这个REF信号可以前往主模式控制器，你可以把这个REF映射到主模式的TRGO输出上去，不过REF的主要去向还是下面这一路，通过下面这一路到达一个极性选择，给这个寄存器写0，信号就会往上走，就是信号电平不翻转，进来啥样出去还是啥样，写1的话，信号就会往下走，就是信号通过一个非门取反

极性选择：选择是不是要把高低电平反转一下，接着就是输出使能电路了，选择要不要输出，最后就是OC1引脚，这个引脚就是CH1通道的引脚，在引脚定义表里就可以知道具体是哪个GPIO口了

输出模式控制器具体是怎么工作的呢？什么时候给REF高电平，什么时候给REF低电平？

下面是输出比较的8种模式，也就是输出模式控制寄存器里面的执行逻辑，这个模式控制器的输入CNT和CCR的大小关系，输出是REF的高低电平，里面可以选择多种模式来更加灵活地控制REF输出，这个模式可以通过寄存器来进行配置

这个有效电平和无效电平，一般是高级定时器里面的一个说法，是和关断、刹车这些功能配合表述的，它说的比较严谨

为了理解方便，可以直接认为，置有效电平就是置高电平，置无效电平就是置低电平，这样就行了，这三个模式都是当CNT和CCR值相等时，执行操作

上面这两个相等时置高电平和低电平，感觉用途并不是很大，因为他们都只是一次性的，置完高或低电平后，就不管事了，所以这俩模式不适合输出连续变化的波形，如果你想定时输出一个一次性的信号，那就考虑这两个模式

强制为无效电平和强制为有效电平：这两个模式是CNT与CCR无效，REF强制为无效电平或者强制为有效电平，这两个模式和冻结模式差不多，如果你想暂停波形输出，并目在暂停期间保持低电平或者高电平

PWM1和PWM2这两个模式就很重要了，它们可以用于输出频率和占空比都可调的PWM波形，也是我们主要使用的模式

PWM2实际上就是PWM1输出的取反，改变PWM模式1和PWM模式2，就只是改变了REF电平的极性而已

从上面这个图125里可以看到，REF输出之后还有一个极性的配置，所以使用PWM模式1的正极性和PWM模式2的反极性最终的输出是一样的，这里设计的比较灵活，输出模式里可以设置极性，最终输出之前也可以设置极性，所以使用的话，我们可以只使用PWM模式1，并且是向上计数这一种模式就行了，那这种模式是怎么输出频率和占空比都可调的PWM波形的呢

只是计数器那附近的更新事件的中断申请，我们不需要了，输出PWM暂时还不需要中断

配置好了时基单元，这里的CNT就可以开始不断地自增运行了

下面就是输出比较单元了，总共有4路，输出比较单元的最开始，是CCR（我们自己设置的）捕获/比较寄存器，CNT不断自增运行，同时它俩还在不断进行比较，后面这个就是输出模式控制器了，以PWM模式1为例子来讲解了

这里蓝色线是CNT的值，黄色线是ARR的值，蓝色线从0开始自增，一直增到ARR，也就是99，之后清0继续自增，在这个过程中，我们再设置一条红色线，这条红色线就是CCR，比如我们设置CCR为30，之后再执行输出模式控制器的这个逻辑，下面绿色线就是输出，可以看到，在这一块，CNT<CCR，所以置高电平，之后这里，CNT就≥CCR了，所以就变为低电平，当CNT溢出清0后，CNT又小于CCR，所以置高电平，这样一直持续下去，REF的电平就会不断变化，并且它的占空比是受CCR值的调控的，如果CCR设置高一些，输出的占空比就变大

这里REF，就是一个频率可调，占空比也可调的PWM波形，最终再经过极性选择，输出使能，最终通向GPIO口，这样就能完成PWM波形的输出了

PWM波形参数的计算

PWM频率： $Freq=CK\_PSC/(PSC+1)/(ARR+1)$ 等于计数器的更新频率
PWM占空比： $Duty=CCR/(ARR+1)$
PWM分辨率： $Reso=1/(ARR+1)$ 占空比最小的变化步距，总之就是占空比变化的越细腻越好

从上面这个图可以看出，CCR的值应该设置在0到ARR+1这个范围里，CCR=ARR+1时，占空比就正好是100%，如果CCR再大一些，那占空比就始终是100%，没有意义了，所以CCR的变化范围取决于ARR的值，ARR越大，CCR的范围就越大，对应的分辨率就越大

上图高级定时器部分自己了解就好

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