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【STM32的通用定时器CR1的CKD[1:0]: 时钟分频因子 (Clock division)】

ai 2025/6/18 21:25:35

在 STM32 的通用定时器（如 TIM2, TIM3, TIM4, TIM5 等）中，CR1 (Control Register 1) 寄存器中的 CKD[1:0] (Clock division) 位域是一个与抗干扰和数字滤波相关的设置，它并不直接影响定时器计数器 (CNT) 的计数频率（计数频率由预分频器 PSC 决定）。它的主要作用是控制定时器内部时钟 (CK_INT) 相对于外部时钟 (ETR) 或外部触发输入 (TIx) 的数字滤波器采样频率，以及死区时间生成的时钟基准。

核心概念：

定时器时钟源 (CK_PSC)： 这是驱动定时器预分频器 (PSC) 和计数器 (CNT) 的最终时钟源。它可以来自内部时钟 (CK_INT)、外部时钟模式 1 (ETR)、外部时钟模式 2 (TIx) 或内部触发输入 (ITRx)。
数字滤波器： 定时器对外部输入信号（如 ETR, TI1, TI2）有内置的数字滤波器，用于抑制高频噪声（毛刺）。滤波器通过采样输入信号来工作。
死区时间生成： 在高级定时器 (TIM1, TIM8) 中用于互补 PWM 输出时，需要插入死区时间以防止上下管同时导通。死区时间的分辨率也需要一个时钟基准。

CKD[1:0] 的作用： 它定义了用于数字滤波采样和死区时间分辨率的时钟 (t_DTS) 相对于定时器内部时钟 (CK_INT) 的分频关系。

CKD[1:0] 的取值与含义：

`CKD[1:0]`	值	分频因子	数字滤波/死区时间基准时钟 `(t_DTS)`	说明	抗干扰能力	延迟/分辨率
00	0	1	`t_DTS = t_CK_INT`	不分频。采样频率最高。	最低	最小
01	1	2	`t_DTS = 2 * t_CK_INT`	2 分频。采样频率为 `CK_INT` 的一半。	中等	中等
10	2	4	`t_DTS = 4 * t_CK_INT`	4 分频。采样频率为 `CK_INT` 的四分之一。	最高	最大
11	3	Reserved	Reserved	保留。勿使用此设置。	-	-

详细解释：

对数字滤波器的影响：
- 数字滤波器通过检测 N 个连续的 t_DTS 周期内输入信号是否稳定为高或低电平来判断有效边沿。N 是可配置的（通过 TIMx_CCMRx 寄存器的 ICxF[3:0] 位）。
- CKD 决定了 t_DTS 的周期长度：
  - CKD=00 (t_DTS = t_CK_INT)：滤波器采样频率最高。能过滤掉更窄的毛刺（即更高频的噪声），但对信号真实边沿的延迟最小。
  - CKD=01 (t_DTS = 2*t_CK_INT)：采样频率中等。能过滤中等宽度的毛刺，延迟中等。
  - CKD=10 (t_DTS = 4*t_CK_INT)：采样频率最低。能过滤更宽的毛刺（即较低频的噪声），但对信号真实边沿的延迟最大。
- 选择原则： 如果外部输入信号环境噪声大（毛刺多且宽），选择更高的分频因子（如 10 - 4分频）可以更好地抑制噪声，但会增加信号延迟。如果环境比较干净或者需要低延迟，选择低的分频因子（如 00 - 不分频或 01 - 2分频）。
- 影响的功能模块：
  - 输入捕获通道： 用于测量脉冲宽度、频率等。CKD[1:0] 影响捕获到信号边沿的准确性和抗噪性。
  - 外部时钟模式： 当使用外部信号作为计数器时钟源时（ETR 或 TIx）。
  - 外部触发输入 (ETR)： 用于复位、启动、停止计数器或触发从模式操作（如门控模式）。
  - 触发输出 (TRGO)： 在某些从模式（如复位模式）下，CKD[1:0] 也会影响 TRGO 信号对外部触发输入的响应。
对死区时间生成的影响 (仅高级定时器 TIM1/TIM8)：
- 死区时间 (DTG) 的值是以 t_DTS 的倍数来配置的。
- CKD 决定了 t_DTS 的周期长度，从而决定了死区时间的最小步进（分辨率）：
  - CKD=00：t_DTS 最小，死区时间分辨率最高（能配置更精细的死区时间）。
  - CKD=10：t_DTS 最大，死区时间分辨率最低（配置步进变大）。
- 选择原则： 如果需要非常精细地控制死区时间，选择低的分频因子（如 00）。如果对死区时间精度要求不高，或者 CK_INT 频率很高导致 t_DTS 已经足够小，可以选择更高的分频因子以换取更好的抗噪能力（如果同时使用了外部触发输入）。

对定时器基本在代码中配置： 通过设置 TIMx->CR1 寄存器的 CKD[1:0] 位。

// 示例：设置 CKD[1:0] = 01 (2分频)
TIMx->CR1 &= ~TIM_CR1_CKD; // 先清零 CKD 位
TIMx->CR1 |= TIM_CR1_CKD_1; // CKD[1:0] = 01 (TIM_CR1_CKD_1 宏通常对应 0x0200)

计数 (CNT) 频率的影响：
- CKD 设置对定时器计数器 CNT 的计数频率 (CK_CNT) 完全没有影响！

5. 与输入滤波器 (ICxF[3:0], ETF[3:0]) 的关系：CKD[1:0] 设置的tDTS 是输入滤波器工作的基础时钟。

输入滤波器配置位（如 IC1F[3:0] 用于输入通道 1）决定了需要连续采样到多少次稳定电平才确认有效边沿（N=2, 4, 6, 8 等）。实际能滤除的噪声最小宽度是 N * tDTS。因此，CKD[1:0] 和输入滤波器位 共同决定了滤波器的性能。

总结与使用建议：

CKD[1:0] 的核心作用是设置 t_DTS 时钟，用于数字滤波采样和死区时间分辨率。
它不改变定时器计数器 (CNT) 的计数频率，计数频率由预分频器 (PSC) 控制。
选择 CKD 值是一个在抗干扰能力 (噪声抑制) 和响应速度/分辨率 (延迟) 之间的权衡：
- 高噪声环境： 选择 CKD=10 (4分频) 获得最强的抗噪能力（过滤更宽的毛刺），但信号延迟最大，死区时间分辨率最低。
- 低噪声环境或需要低延迟/高分辨率： 选择 CKD=00 (不分频) 获得最小的信号延迟和最高的死区时间分辨率，但抗噪能力最弱（只能过滤很窄的毛刺）。
- 折中方案： CKD=01 (2分频) 提供中等性能。
如果不使用外部触发输入 (ETR, TIx) 或者使用但环境非常干净，并且不使用高级定时器的死区时间（或者对死区分辨率要求不高），通常保持默认值 CKD=00 即可。
如果遇到外部信号误触发问题（噪声引起），尝试增大 CKD 值（并配合配置滤波器的采样数 ICxF）是首要的解决方案之一。