[标准库]STM32F103R8T6 高级定时器--PWM输出和带死区互补PWM输出

前言

STM32F103系列的MCU，相比普通的51单片机，在输出硬件PWM这个功能上要强不少，两者实现的方式都类似，都是通过一个定时器来启用硬件PWM输出，不过在输出PWM通道的数量上，32F103要强上不少。仅通过一个高级定时器1，即TIM1就可以输出4路频率相同，占空比独立的PWM信号，这四路PWM还分别有互补通道，且带死区和刹车功能。

利用TIM1来产生4路频率相同，占空比不同的PWM信号

初始化的方法其实跟前面几篇文章初始化其他外设的步骤类似，也是先定义一个结构体变量，然后给这个结构体变量的成员配置好相应的初值，最后调用初始化函数，这样就完成外设初始化了。再通过调用开外设的函数，就可以把外设功能使能。

首先定义一个结构体变量来初始化TIM1（定义PWM信号的频率）

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;        //配置时基结构体,声明一个结构体变量方便传参//=====================时基初始化======================//
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);   //开TIMER1外设时钟TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72-1;
// 计数器计数模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 10000-1;// 时钟分频因子 - 一分频,配置死区时间需要用到
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV4;// 重复寄存器的值,没有用到,不管
TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseStructure);

我使用的是倍频到72M的时钟信号作为APB2的时钟总线，然后我分频器选择的是72分频，那么分频之后的周期就是1/1M，即TIM1往上计数一次是1us，然后计数周期我设置为了从0计数到9999，即10000次，耗时就是10ms。所以我设置的PWM频率就是100Hz的。

下一步开始设置PWM的结构体，在手册中，硬件PWM这部分内容是属于 高级定时器中的：输出/比较模式 ，所以要配置PWM，我们就要配置 输出/比较结构体。

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;                //配置输出比较结构体,声明一个结构体变量方便传参TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   //PWM模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;       //TIM1通道1输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;    //互补通道使能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 4000;               //占空比
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;           //高电平有效
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High;          //互补通道也是高电平有效
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;        //空闲状态 低电平
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;      //互补通道空闲状态 低电平
TIM_OC1Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure);                             //初始化TIM1通道1输出PWMTIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   //PWM模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;       //TIM1通道2输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Disable;    //互补通道失能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 6000;               //占空比
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;           //高电平有效
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High;          //互补通道也是高电平有效
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;        //空闲状态 低电平
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;      //互补通道空闲状态 低电平
TIM_OC2Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure);TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   //PWM模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;       //TIM1通道3输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Disable;    //互补通道失能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 8000;               //占空比
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;           //高电平有效
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High;          //互补通道也是高电平有效
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;        //空闲状态 低电平
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;      //互补通道空闲状态 低电平
TIM_OC3Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure);TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   //PWM模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;       //TIM1通道4输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Disable;    //互补通道失能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 9000;               //占空比
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;           //高电平有效
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High;          //互补通道也是高电平有效
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;        //空闲状态 低电平
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;      //互补通道空闲状态 低电平
TIM_OC4Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure);TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);                    //使能TIM1 输出比较1的预装载使能 想要改变占空比 得先输出完当前周期的波形之后 到下个波形才按照新的占空比(更新事件发生后才改变占空比)TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);												//开启TIM1
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);									//开启PWM输出

其实看起来内容多，实际上都是重复的内容。高级定时器的每路PWM通道，都通过一个库函数来初始化，比如通道1就是调用TIM_OC1Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure); 前面这个形参是配置利用哪个定时器的通道1来产生PWM信号，后面这个形参就是我们定义的结构体变量的首地址，负责传入我们配置的相应参数。

除了高级定时器，通用定时器也可以产生PWM信号，但是基本定时器是无法产生PWM信号的，基本定时器的功能只有下面这几个：

回到正题，配置完时基和输出/比较模式的PWM模式的寄存器之后，再把PWM四个通道的IO配置一下：

void AdvanceTim_GPIO_Config(void)
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//刹车通道GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);      //默认为低电平,这个脚一旦被拉高证明刹车有效,立刻停止输出PWM//TIM1 CHANNEL1互补通道GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);
}

这里暂时只需要关注PA8、PA9、PA10、PA11这四个IO的配置，其他的是后面做刹车和互补才需要用到的。
配置起来其实很简单，但是要注意GPIO模式要配置为复用的推挽输出模式。

在设置完这些之后，就可以去主函数里面调用了。
给前面我们写的初始化时基和PWM寄存器的代码写到同一个函数里：

void AdvanceTim_Mode_Config(void)
{TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;        //配置时基结构体,声明一个结构体变量方便传参TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;                //配置输出比较结构体,声明一个结构体变量方便传参//=====================时基初始化======================//RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);   //开TIMER1外设时钟TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72-1;// 计数器计数模式TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 10000-1;// 时钟分频因子 - 一分频,配置死区时间需要用到TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV4;// 重复寄存器的值,没有用到,不管TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseStructure);//====================================================//TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   //PWM模式1TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;       //TIM1通道1输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;    //互补通道使能TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 4000;               //占空比TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;           //高电平有效TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High;          //互补通道也是高电平有效TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;        //空闲状态 低电平TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;      //互补通道空闲状态 低电平TIM_OC1Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure);                             //初始化TIM1通道1输出PWMTIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   //PWM模式1TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;       //TIM1通道2输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Disable;    //互补通道失能TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 6000;               //占空比TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;           //高电平有效TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High;          //互补通道也是高电平有效TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;        //空闲状态 低电平TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;      //互补通道空闲状态 低电平TIM_OC2Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure);TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   //PWM模式1TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;       //TIM1通道3输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Disable;    //互补通道失能TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 8000;               //占空比TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;           //高电平有效TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High;          //互补通道也是高电平有效TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;        //空闲状态 低电平TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;      //互补通道空闲状态 低电平TIM_OC3Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure);TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   //PWM模式1TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;       //TIM1通道4输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Disable;    //互补通道失能TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 9000;               //占空比TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;           //高电平有效TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High;          //互补通道也是高电平有效TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;        //空闲状态 低电平TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;      //互补通道空闲状态 低电平TIM_OC4Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure);TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);                    //使能TIM1 输出比较1的预装载使能 想要改变占空比 得先输出完当前周期的波形之后 到下个波形才按照新的占空比(更新事件发生后才改变占空比)TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);}

在主函数中：

int main(void)
{GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable,ENABLE);	  //禁用JTAGAdvanceTim_GPIO_Config();AdvanceTim_Mode_Config();while(1){}
}

下载到板子上，用逻辑分析仪抓取PA8/9/10/11这四个IO的波形，可以观察到，四路PWM信号的频率相同（因为都是通过TIM1产生的），但是四路PWM信号的占空比分别为40%、60%、80%、90%。这就实现了硬件PWM的输出。

输出TIM1通道1的互补信号

其实这个不用单独再拿出来讲，在配置TIM1通道1的时候，有几个结构体成员的值修改一下，即可输出通道1的互补信号。

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;   //PWM模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;       //TIM1通道1输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;    //互补通道使能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 4000;               //占空比
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;           //高电平有效
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High;          //互补通道也是高电平有效
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;        //空闲状态 低电平
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;      //互补通道空闲状态 低电平
TIM_OC1Init(TIM1,&TIM_OCInitStructure);                             //初始化TIM1通道1输出PWM

TIM_OutputNState 这个成员配置为TIM_OutputNState_Enable，那么互补通道就使能了；
TIM_OCNPolarity 这个成员是配置互补通道是什么电平有效；
TIM_OCNIdleState_Reset 这个成员是配置互补通道的空闲状态应该是什么电平。
一般如果要用到互补模式的话，互补通道的配置与通道1是相同的，如果需要产生错相的两路PWM信号，那么要用到中心对其模式才能做到，硬件PWM是不具备输出错相PWM波的功能的。

配置了有关PWM的寄存器之后，配置一下互补通道的GPIO，也是配置为复用推挽输出模式。不过要注意的是每路PWM信号的输出脚和互补脚都有很多个，我这边因为MCU脚位只有64个，所以还不需要选择在哪个IO输出；推测应该是如果把IO设置为了复用输出模式，那么PWM就会从那个复用脚输出出来，不需要再配置相应的寄存器了。

刹车功能的使用

这个功能我仅限于能使用，一些较为深层次的原理和使用场景我就说不出来了。

在前面定义的AdvanceTim_Mode_Config(void)函数中，多声明一个结构体成员，并且调用初始化函数来初始化 刹车 和 死区寄存器。

TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;            //配置有关刹车和死区结构体,声明一个结构体变量方便传参// TIM_BDTRInitStructure这个结构体配置的是 刹车和死区寄存器(TIMx_BDTR)
// 当 BKIN 引脚检测到低电平的时候，输出比较信号被禁止，就好像是刹车一样
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable;         // 运行模式下的“关闭状态”选择 - 使能
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable;         // 空闲模式下的"关闭状态"选择 - 使能
TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_1;              // 锁定等级1
TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime  = 0xFF;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break     = TIM_Break_Enable;             // 刹车功能使能 - 开启刹车输入
TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_High;   // 刹车信号 - 高电平刹车
TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Enable; // 自动输出使能
TIM_BDTRConfig(TIM1,&TIM_BDTRInitStructure);

TIM_OSSRState 和 TIM_OSSIState 这两个成员配置的是 TIMx_BDTR寄存器里面的 OSSR位 和 OSSI位，其他的成员，互相之间是有关联的，比如 TIM_LOCKLevel 锁定等级如果配置的是 2 或者 3，那么 TIMx_BDTR这个寄存器在配置完之后，有一些成员是没法再改变值的，这是ST对这个功能的一些保护机制。后面的几个成员就比较好理解，注释有写，不再过多解释。
关于TIM_DeadTime 这个成员，配置的是DTG[7:0]这七位数据，这7位数据比较有意思，手册是这样写的：

5-7位填入不同的值，Tdtg的值不同，Tdts是我们在配置时基那里配置的，我为了让死区时间更加明显，所以我配置的都比较久，Tdts我配置为了TIM1时钟的四分频，我的TIM1时钟配置为了1M，那么Tdts就是250Khz 的频率，Tdtg=16/250Khz，在乘以(32+(0-4位配置的数值))。

配置了BDTR寄存器之后，配置一下刹车通道的输入，这里是我当时比较疑惑的，我不太明白为什么刹车通道也是配置为复用推挽输出模式。反正按照这样设置完之后，把PB12这个IO一拉高，所有的硬件PWM信号全部停止输出，会全部回到空闲状态我配置的那个电平状态。

//刹车通道GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);      //默认为低电平,这个脚一旦被拉高证明刹车有效,立刻停止输出PWM

到这，TIM1的PWM输出、互补输出、死区、刹车，这几个功能就全都实现了。