工程师笔记|使用 TIMER 输出比较模式输出相移信号

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关键词：输出比较， PWM，相移， DMA

1、前言

客户想要使用 STM32L031 产生两个特定的 PWM 波，这两个波形频率相同，占空比相同，但相位不同。经过验证，使用定时器的输出比较模式可以产生这种带相移的 PWM 波形。

下面以 STM32L031 的 TIM2 为例来介绍使用产生相移信号的方法。

2、概述

在未使能预装载寄存器时(OCxPE=0)，使用输出比较模式，可以随时通过软件更新

TIM_CCRx 寄存器的值，以控制输出波形。

DMA 的循环模式，可以在最后一次数据传输完成后，自动重新加载初始编程值，内部地址寄存器会重新加载基址值，进入下一个循环。

使用输出比较模式配合 DMA 的循环模式可以不断更新 TIMx_CCR 寄存器的值，从而输出可控的波形。

下面以 NUCLEO-L031 为例介绍产生相移信号的方法。

3、目标波形

为了便于观察，令 PWM 波的周期为 100ms，占空比为 20%。以 TIM2_CH1 输出的波形的为基准，其为 0 度相移。

➢ TIM2_CH1: 相移 0 度，占空比为 20%

➢ TIM2_CH2: 相移 90 度，占空比为 20%

➢ TIM2_CH3: 相移 180 度，占空比为 20%

➢ TIM2_CH4: 相移 270 度，占空比为 20%

4. 使用 STM32CubeMX 进行配置

使用 STM32CubeMX 进行基础参数的配置。

这里配置时钟为 32MHz，如图 1 所示。

配置时钟源为内部时钟，因为 TIM2_CH1 为基准信号，直接配置为 PWM 输出即可。

TIM2_CH2、TIM2_CH3 和 TIM2_CH4 配置为输出比较模式，如图 2 所示。

配置 TIM2 的预分频值与计数周期，配置计数周期为 100，计数模式配置为"Up"。配置channel1 的模式为"PWM mode 1"，因为占空比为 20%，计数周期为 100，所以 CCR1 寄存器配置为 20（也即 Channel1 的 Pulse 配置为"20"），极性配置为"High"。Channel2、Channel3 和 Channel4 的模式都配置为"Toggle on match"（匹配时翻转电平），极性配置为"low"，CCR 不需要配置，因为会通过 DMA 自动写入。具体配置如图 3 所示。

添加 TIM2_CH2、TIM2_CH3 和 TIM2_CH4 的 DMA，并进行配置，配置的内容都相同，配置如下：

➢ Direction: Memory To Peripheral

➢ Mode: Circular

➢ Data Width: Word

具体配置如图 4 所示

5. 修改代码

由 STM32CubeMX 生成代码之后，需要在生成的代码中添加一些处理。

首先需要计算 channel2、channel3 和 channel4 的 CCR 值。以 channel2 为例：配置的计数周期为 100，初始极性为 low，当 CNT 计数值与 CCR 寄存器匹配的时候，输出电平发生翻转，所以为了实现与 channel1 占空比相同的波形，需要翻转两次电平。

第一次翻转的 CCR 可以通过相位差进行计算，第二次翻转的 CCR 值可以通过占空比和第一次翻转的 CCR 值这两个条件进行计算。Channel2 第一次翻转的 CCR 值为: "100 x (90°/360°) = 25"；第二次翻转的 CCR 值为："25 + (20% x 100) = 45"

表 1 由上面计算方式同理可得：

在 main.c 文件中需要建立三个数组，将 channel2~4 的两次 CCR 值存入这三个数组中，具体如下所示：

然后在 mian 函数中添加如下代码。使 channel1 输出 PWM 波，配置 channel2~4 在 DMA 模式下使用输出比较模式进行输出。

6. 测试结果

测试结果如下图所示，4 个 channel 产生的 PWM 波的周期都为 100ms，占空比都为20%，测试出来的 channel2~4 的相移与设计目标波形一致。

7、小结

使用定时器的输出比较模式与 DMA 进行搭配，可以比较灵活的生成波形。