STM32 PWM 计数器模式和对齐

STM32 PWM 计数器模式和对齐

  • 1. TIM高级定时器简介
  • 2. TIM计数模式
    • 2.1 向上计数
    • 2.2 向下计数
    • 2.3 中心对齐模式（向上/向下计数）
    • 2.4 重复计数
  • 3. PWM输出模式
    • 3.1 举例看下PWM中心对齐模式，设置参数如下：
  • 4. FOC中PWM相关设置说明
    • 4.1 Update Event 触发ADC采集
    • 4.2 Output Channel4触发ADC采集
    • 4.3 测试过程中发现的小问题
  • 5. 后记：TIM中心对齐与PWM中心对齐模式区别
    • 5.1 TIM中心对齐
    • 5.2 PWM中心对齐模式

1. TIM高级定时器简介

TIM1和TIM8高级定时器框图如下：

  • CCxI：capture/compare x interrupt，例如CC1I，表示CC1 interrupt
  • OCxREF：output compare reference，输出比较参考电平
    在这里插入图片描述

TIM中的中断如下图，除了DMA中断外，常用的几类中断：

  • BI：break interrupt 刹车中断
  • TI：Trigger interrupt 触发中断
  • COMI：COM interrupt COM中断
  • CCxI：capture/compare interrupt，捕获/比较中断
  • UI：update interrupt，更新中断
    在这里插入图片描述

2. TIM计数模式

2.1 向上计数

  • 计数器从0开始计数到自动加载值（TIMx_ARR），然后重新从0开始计数，并产生一个计数器溢出事件
  • 如果使用了重复计数器功能，在向上计数达到设置的重复计数次数（TIMx_RCR）时，产生更新时间（UEV），否则每次计数器溢出时才产生更新时间
    在这里插入图片描述

2.2 向下计数

  • 计数器从自动加载值（TIMx_ARR）开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始，并产生一个计数器向下溢出事件
  • 如果使用了重复计数器功能，在向下计数达到设置的重复计数次数（TIMx_RCR）时，产生更新时间（UEV），否则每次计数器下溢时才产生更新时间
    在这里插入图片描述

2.3 中心对齐模式（向上/向下计数）

  • 在中心对齐模式，计数器从0开始计数到自动加载的值（TIMx_ARR）-1，产生一个计数器溢出时间，然后向下计数到1，并产生一个计数器下溢事件，然后再从0开始重新计数
  • 中心对齐模式下：不能写入TIMx_CR1中的DIR方向位。它由硬件更新并指示当前的计数方向
  • 可以在每次计数上溢和每次计数下溢时产生更新事件，对应产生UI（update interrupt）中断

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2.4 重复计数

重复计数器在以下任一条件成立时递减：

  • 向上计数模式下每次计数器溢出时
  • 向下计数模式下每次计数器下溢时
  • 中心对齐模式下，每次上溢和每次下溢时

在这里插入图片描述
从上图中可以看出：对于中心对齐模式，RCR不同值的含义，此处产生UI（update interrupt）中断

  • 0： 每次上溢、下溢都会产生中断
  • 1：每次下溢时产生中断
  • 2：上溢、下溢间隔，产生中断
  • 3：每两次下溢产生中断
  • 3和重新同步：每两次下溢，或者同步时产生中断

在STM32CubeMX中设置Trigger Event为 UpdateEvent时，Repetition Counter才起作用
在这里插入图片描述

设置Trigger Event为其他模式时，Repetition Counter不起作用
在这里插入图片描述

3. PWM输出模式

PWM输出模式可以与TIM的对齐模式对应起来。
PWM模式寄存器TIMx_CR1中的CMS[1:0]：根据产生中断方式不同来区分，此处会产生CCxI（capture/compare interrupt），会影响输出比较中断触发时间点，但是不会影响PWM输出波形

  • 00: 边沿对齐模式。计数器依据方向位（DIR）向上或向下计数
  • 01：中心对齐模式1；输出比较中断标志位，向下计数时被设置
  • 10：中心对齐模式2；输出比较中断标志位，向上计数时被设置
  • 11：中心对齐模式3；输出比较中断标志位，向上计数和向下计数时被设置
    在这里插入图片描述
    对应设置的中断标志位。
    在这里插入图片描述

3.1 举例看下PWM中心对齐模式，设置参数如下：

  • ARR = 8， 自动重载寄存器，周期计数8
  • CCRx = 4，捕获/比较寄存器，计数值4
    • 不同CMS模式下，CCI触发的时间点：
      • CMS=01：中心对齐模式1，只在计数器向下计数时被设置。如图向下计数从5到4时触发CCxI
      • CMS=10：中心对齐模式2，只在计数器向上计数时被设置。如图向上计数从3到4时触发CCxI
      • CMS=11：中心对齐模式3，在计数器向上、向下计数时都会被设置。如图向上计数从3到4，向下计数从5到4时都会触发CCxI
    • 同时可以看到：计数器<CCR值时，OCxREF输出高电平，计数器>CCR值时，OCxREF输出低电平

在这里插入图片描述

  • 在极性为高时（CH polarity = High），得到如下图PWM波形。
    • 计数器Counter< CCR时，输出高电平
    • 计数器Counter> CCR时，输出低电平
      在这里插入图片描述

对应STM32CubeMX选择counter mode
在这里插入图片描述

4. FOC中PWM相关设置说明

4.1 Update Event 触发ADC采集

  1. 选择Trigger EVent Selection为：Update Event，这里用的TIM计数器Update interrupt
    在这里插入图片描述

  2. 设置Repetition Counter = 1，只在每次下溢时产生中断，每次上溢时不产生中断
    在这里插入图片描述

  3. 因为是中心对齐模式，所以Counter register从0向上计数ARR值（3500），再从ARR值（3500）向下计数到0。所以Update Event触发的时间只和ARR寄存器相关，和CCR值无关
    在这里插入图片描述

  4. 这里CCR的值，即pulse，触发的是ICxI，不会影响UI（Update interrupt）
    在这里插入图片描述

4.2 Output Channel4触发ADC采集

  1. 选择Trigger EVent Selection为：Output compare（OC4REF），这里用的PWM的ICxI 中断
    在这里插入图片描述

  2. 选择TIM1的Channel4为 PWM generation no Output
    在这里插入图片描述

  3. 设置Trigger EVent Selection为 Output compare（OC4REF）
    在这里插入图片描述

  4. 这里由CCR的值，即pulse触发中断，与ARR值，即period无关

    • 如果pulse=1，则计数Counter刚开始马上触发中断，刚好在PWM Channel N的低电平中心点
    • 如果pulse=ARR值-1，则计数Counter快到ARR值（3500）时才触发中断，刚好在PWM Channel N的高电平中心点
      在这里插入图片描述

  5. 设置PWM generation Channel4的 pulse，确定采用时间点：

  • 设置为3500-1时：PWM-Channel 1 N 高电平中心点采样。图中蓝色对应PWM-Channel 1 N ，黄色对应PC4（在ADC注入中断函数中toggle电平）
    在这里插入图片描述
  • 设置为1时： PWM-Channel 1 N 低电平中心点采样。图中蓝色对应PWM-Channel 1 N ，黄色对应PC4（在ADC注入中断函数中toggle电平）
    在这里插入图片描述

4.3 测试过程中发现的小问题

以上两种模式存在同样的问题：

PWM Channel1 N(蓝色)高电平中心点，与注入中断触发输出（黄色）始终有3us的延时，无法消除。可能原因是中断回调函数中，设置PC4电平需要花费时间

void HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_4);m0_phB = hadc->Instance->JDR1;m0_phC = hadc->Instance->JDR2;
}

请添加图片描述

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5. 后记：TIM中心对齐与PWM中心对齐模式区别

两者的主要区别：

  1. 上溢、下溢触发的时间点不同
    • TIM中心对齐：上溢发生在计数器从ARR-1到ARR时，下溢发生在1到0时
    • PWM中心对齐：上溢发生在计数器从CCR-1到CCR时，下溢发生在从CCR+1到CCR时
  2. 上溢、下溢触发的中断事件不同
    • TIM中心对齐：上溢、下溢触发UI (Update interrupt）
    • PWM中心对齐：上溢、下溢触发CCxI （capture/compare interrupt）

5.1 TIM中心对齐

  • 触发时间点：ARR=0x6，(auto reload register)
    • 上溢发生在计数器从ARR-1到ARR时。如图发生在计数器从5到6时
    • 下溢发生在计数器从1到0时。如果发生在计数器从1到0时
      在这里插入图片描述
  • 触发的事件是Update event，如图UIF被置位（Update interrupt flag）
    在这里插入图片描述

5.2 PWM中心对齐模式

  • 触发时间点：ARR=0x08，(auto reload register)，CCR=0x04，(capture/compare register)
    • 上溢发生在计数器从CCR-1到CCR时。如图发生在计数器从3到4时
    • 下溢发生在计数器从CCR+1到CCR时。如果发生在计数器从5到4时
      在这里插入图片描述
  • 触发的事件是CCxI，如图CCxIF被置位（capture/compare interrupt flag）
    在这里插入图片描述

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