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STM32F103_LL库+寄存器学习笔记24 - TIM产生中心PWM波，中心对齐模式1 + PWM模式2（FOC算法专用）

news 2025/5/19 6:44:00

导言

《STM32外设 - HAL库 - TIM，产生互补PWM波，中心对齐模式1 + PWM模式2（FOC算法专用）》之前的笔记使用HAL库实现三相中心对齐且互补的PWM波形，本章节将采用LL库与寄存器方式实现。详细的解释请看之前的HAL库笔记。
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项目地址：
github:

  • LL库: https://github.com/q164129345/MCU_Develop/tree/main/stm32f103_ll_library24_TIM_Center_PWM_FOC
  • 寄存器方式: https://github.com/q164129345/MCU_Develop/tree/main/stm32f103_reg_library24_TIM_Center_PWM_FOC

gitee(国内):

  • LL库: https://gitee.com/wallace89/MCU_Develop/tree/main/stm32f103_ll_library24_TIM_Center_PWM_FOC
  • 寄存器方式: https://gitee.com/wallace89/MCU_Develop/tree/main/stm32f103_reg_library24_TIM_Center_PWM_FOC

一、LL库

1.1、CubeMX

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如上所示，CubeMX为什么这样设置? 请看之前的HAL库笔记《STM32外设 - HAL库 - TIM，产生互补PWM波，中心对齐模式1 + PWM模式2（FOC算法专用）》
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如上所示，3个通道的设置一样，这里只演示通道1的设置。
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1.2、tim.c

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1.3、main.c

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如上所示，6个通道分别使能之后，还要打开一个总开关。接着，启动定时器，PWM输出。

1.4、编译、调试

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编译通过。
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如上所示，用示波器测量通道1的波形。PWM频率10KHz，占空比非常接近50%。

二、寄存器方式

2.1、TIM1_FOC_PWM_reg.c

#include "TIM1FOCPWM/TIM1_FOC_PWM_reg.h"/*** @brief  将 TIM1 完整 remap 到 PE7/PE8~PE15，并配置 PE8~PE13 为*         TIM1_CH1N/CH1, CH2N/CH2, CH3N/CH3*/
static void TIM1_GPIO_Init(void)
{LL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};LL_APB2_GRP1_EnableClock(LL_APB2_GRP1_PERIPH_GPIOE);LL_APB2_GRP1_EnableClock(LL_APB2_GRP1_PERIPH_AFIO);/**TIM1 GPIO ConfigurationPE8     ------> TIM1_CH1NPE9     ------> TIM1_CH1PE10     ------> TIM1_CH2NPE11     ------> TIM1_CH2PE12     ------> TIM1_CH3NPE13     ------> TIM1_CH3*/GPIO_InitStruct.Pin = LL_GPIO_PIN_8|LL_GPIO_PIN_9|LL_GPIO_PIN_10|LL_GPIO_PIN_11|LL_GPIO_PIN_12|LL_GPIO_PIN_13;GPIO_InitStruct.Mode = LL_GPIO_MODE_ALTERNATE;GPIO_InitStruct.Speed = LL_GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;GPIO_InitStruct.OutputType = LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;LL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);LL_GPIO_AF_EnableRemap_TIM1();
}/*** @brief  设置 TIM1 的死区时间（Dead-Time Generator）* @param  dtg 死区生成器值（0～255），对应 BDTR.DTG[7:0]*            - 当 dtg < 128 时，DeadTime ≈ dtg × T_DTS*            - 大于等于 128 则进入模式2/3，如需超长死区才用* @note   使用前请确保 TIM1_BDTR.MOE = 1，且定时器已使能时钟*/
static void TIM1_SetDeadTime(uint8_t dtg)
{/* 1. 清除旧的 DTG 字段 */TIM1->BDTR &= ~TIM_BDTR_DTG;/* 2. 写入新的死区值 */TIM1->BDTR |= (uint32_t)dtg;
}/*** @brief  触发定时器的更新事件（等价于向 EGR 寄存器写入 UG 位）* @note   EGR 寄存器写 1 触发事件，写 0 无效果，因此直接赋值或 SET_BIT 都可*/
__STATIC_INLINE void TIM1_GenerateEvent_UPDATE(void)
{/* 方式一：直接赋值，触发 UG */TIM1->EGR = TIM_EGR_UG;/*  // 或者方式二：使用 CMSIS 宏置位SET_BIT(TIMx->EGR, TIM_EGR_UG);*/
}/*** @brief      设置 TIM1 通道 1/2/3 的比较值，并触发更新事件使新值立即生效* @param[in]  CH1CompareValue  通道 1 的比较值（写入 CCR1）* @param[in]  CH2CompareValue  通道 2 的比较值（写入 CCR2）* @param[in]  CH3CompareValue  通道 3 的比较值（写入 CCR3）* @note       写入 CCRx 后，需要调用 TIM1_GenerateEvent_UPDATE()  *             向 EGR 寄存器写入 UG 位，才能将预装载的比较值刷新到实际计数比较单元*/
void TIM1_Set_Compare_Value(uint32_t CH1CompareValue, uint32_t CH2CompareValue, uint32_t CH3CompareValue)
{TIM1->CCR1 = CH1CompareValue;TIM1->CCR2 = CH2CompareValue;TIM1->CCR3 = CH3CompareValue;TIM1_GenerateEvent_UPDATE(); // 及时更新比较值
}/*** @brief  启动 TIM1，开始输出 PWM* @note   会重新触发一次更新事件，确保预装载值写入立即生效；  *         并重新打开主输出，使 PWM 端口有效。*/
void TIM1_PWM_Start(void)
{/* 1. 触发更新事件，刷新 ARR/CCR */TIM1->EGR = TIM_EGR_UG;/* 2. 使能主输出 */TIM1->BDTR |= TIM_BDTR_MOE;/* 3. 使能定时器计数 */TIM1->CR1 |= TIM_CR1_CEN;
}/*** @brief  停止 TIM1 PWM 输出* @note   关闭计数并禁止主输出，确保 PWM 输出端口失效*/
void TIM1_PWM_Stop(void)
{/* 1. 禁止定时器计数 */TIM1->CR1 &= ~TIM_CR1_CEN;/* 2. 禁用主输出 */TIM1->BDTR &= ~TIM_BDTR_MOE;
}/*** @brief  基于寄存器初始化 TIM1 产生 3 路 PWM 互补波形* @param  period   定时器重装载值 (ARR)，决定 PWM 周期* @param  duty1    通道 1 的比较值 (CCR1)，决定占空比* @param  duty2    通道 2 的比较值 (CCR2)* @param  duty3    通道 3 的比较值 (CCR3)* @note   产生 PWM 模式 2，带互补输出，自动重载、比较寄存器均作预装载，高电平有效*/
void TIM1_PWM_Init(uint16_t period,uint16_t duty1,uint16_t duty2,uint16_t duty3)
{/* 1. 使能时钟：TIM1、GPIOE、AFIO */RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_TIM1EN;/* 2. 初始化GPIO */TIM1_GPIO_Init();/* 3. 时间基准配置：无分频，上升计数 */TIM1->PSC = 0;               /* PSC = 0，即分频 1 */TIM1->ARR = period;          /* 自动重载值 */TIM1->CR1 |= TIM_CR1_ARPE    /* ARR 预装载 */| TIM_CR1_CMS_0;  /* CMS = 01：中心对齐模式1 *//* 4. PWM 模式2 + 预装载 (OCxM = 111, OCxPE = 1) */TIM1->CCMR1 &= ~(TIM_CCMR1_OC1M | TIM_CCMR1_OC1PE| TIM_CCMR1_OC2M | TIM_CCMR1_OC2PE);TIM1->CCMR1 |=  TIM_CCMR1_OC1M_0 | TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1M_2 | TIM_CCMR1_OC1PE| TIM_CCMR1_OC2M_0 | TIM_CCMR1_OC2M_1 | TIM_CCMR1_OC2M_2 | TIM_CCMR1_OC2PE;TIM1->CCMR2 &= ~(TIM_CCMR2_OC3M | TIM_CCMR2_OC3PE);TIM1->CCMR2 |=  TIM_CCMR2_OC3M_0 | TIM_CCMR2_OC3M_1 | TIM_CCMR2_OC3M_2 | TIM_CCMR2_OC3PE;/* 5. 写入比较值 */TIM1->CCR1 = duty1;TIM1->CCR2 = duty2;TIM1->CCR3 = duty3;/* 6. 清除所有极性位，高电平有效 */TIM1->CCER &= ~(TIM_CCER_CC1P | TIM_CCER_CC1NP| TIM_CCER_CC2P | TIM_CCER_CC2NP| TIM_CCER_CC3P | TIM_CCER_CC3NP);/* 7. 使能通道输出及互补输出 */TIM1->CCER |= TIM_CCER_CC1E  | TIM_CCER_CC1NE| TIM_CCER_CC2E  | TIM_CCER_CC2NE| TIM_CCER_CC3E  | TIM_CCER_CC3NE;/* 8. 设置死区时间（100 个定时器时钟周期，大约 1.39μs） */TIM1_SetDeadTime(100);/* 9. 主输出使能（BDTR 寄存器的 MOE 位）*/TIM1->BDTR |= TIM_BDTR_MOE;/* 10. 触发一次更新事件，立即把 ARR/CCR/CCMR1 等预装载寄存器写入工作寄存器 */TIM1_GenerateEvent_UPDATE();
}

2.2、TIM1_FOC_PWM_reg.h

/*** @file    TIM1_FOC_PWM_reg.h* @brief   基于寄存器的 TIM1 高级定时器驱动接口与寄存器定义，用于 FOC 控制** 本文件提供 STM32F1 系列 MCU 的 TIM1 高级定时器底层寄存器访问定义、* 配置参数以及初始化和控制函数原型，支持中心对齐模式1与 PWM 模式2，* 并可设置死区时间以满足 FOC 算法对对称 PWM 波形的严格要求。** @note* - 该驱动不依赖 HAL/LL 库，完全通过寄存器位操作完成时钟使能、*   预分频、计数器模式等配置。** @version 1.0.0* @date    2025-05-13* @author  Wallace.zhang** @copyright* (C) 2025 Wallace.zhang。保留所有权利。** @license SPDX-License-Identifier: MIT*/
#ifndef __TIM1_FOC_PWM_REG_H
#define __TIM1_FOC_PWM_REG_H#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif#include "main.h"/*** @brief  启动 TIM1，开始输出 PWM*/
void TIM1_PWM_Start(void);/*** @brief  停止 TIM1 PWM 输出*/
void TIM1_PWM_Stop(void);/*** @brief      设置 TIM1 通道 1/2/3 的比较值，并触发更新事件使新值立即生效*/
void TIM1_Set_Compare_Value(uint32_t CH1CompareValue, uint32_t CH2CompareValue, uint32_t CH3CompareValue);/*** @brief  基于寄存器初始化 TIM1 产生 3 路 PWM 互补波形*/
void TIM1_PWM_Init(uint16_t period, uint16_t duty1, uint16_t duty2, uint16_t duty3);#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif /* __TIM1_FOC_PWM_REG_H */

2.3、main.c

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2.4、编译、调试

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编译成功。
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从示波器的波形看来，没问题。

三、梳理寄存器

3.1、TIMx_CR1控制寄存器1

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TIM1->CR1 |= TIM_CR1_ARPE    /* ARR 预装载 */| TIM_CR1_CMS_0;  /* CMS = 01：中心对齐模式1 */

如上所示，通过TIMx_CR1设置计数器向上计数、中心对齐模式1、TIMx_ARR寄存器被装入缓冲器。

为什么要将ARPE置1？

  1. 同步更新
    当 ARPE=1，所有对 ARR（或 CCRx） 的写操作都会先进入影子寄存器，只有在计数器产生“更新事件”（overflow/underflow，或写 EGR.UG）时，才一次性把新的周期和占空比值加载到实际寄存器中。这样所有参数在同一时刻生效，保证了 PWM 周期的原子性。

  2. 与预装载比较寄存器配合
    我们通常也会打开各通道的 OCxPE 位，配合 ARPE，使 CCRx 同样获得预装载能力，更新时机与 ARR 保持一致，避免 DUTY 和 PERIOD 不匹配带来的输出畸变。

3.2、TIMx_CCMR1与TIMx_CCMR2捕获/比较寄存器1与2

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如上所示，通过CCMR1与CCMR2设置CH1～CH3的工作模式（PWM模式2）与使能预装载功能。

3.3、TIMx_CCR1 ~ CCR3捕获/比较寄存器1～3

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如上所示，设置CCR1～CCR3的值改变PWM占空比。

3.4、TIMx_CCER捕获/比较使能寄存器

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如上所示，通过CCER寄存器将CH1～CH3设置有效电平是高电平（根据MOS选型来选择，大部分场景使用的MOS都是高电平导通）、开启互补输出、使能输出。

3.5、TIMx_BDTR刹车和死区寄存器

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3.6、TIMx_EGR事件产生寄存器

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如上所示，函数TIM1_GenerateEvent_UPDATE()的作用是将bit0置1（产生更新事件），其他bit清0。

http://www.xdnf.cn/news/514945.html

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