STM32单片机（六）TIM定时器 -＞ 第三节：TIM输出比较

❤️ 专栏简介：本专栏记录了从零学习单片机的过程，其中包括51单片机和STM32单片机两部分；建议先学习51单片机，其是STM32等高级单片机的基础；这样再学习STM32时才能融会贯通。
☀️ 专栏适用人群 ：适用于想要从零基础开始学习入门单片机，且有一定C语言基础的的童鞋。
🌙专栏目标：实现从零基础入门51单片机和STM32单片机，力求在玩好单片机的同时，能够了解一些计算机的基本概念，了解电路及其元器件的基本理论等。

⭐️ 专栏主要内容： 主要学习STM32单片机的功能、各个模块、单片机的外设、驱动等，最终玩好单片机和单片机的外设，全程手敲代码，实现我们所要实现的功能。
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本大节主要学习TIM定时器的相关知识，包含八小节：
第一小节主要学习定时器基本定时的功能，第二小节是对第一小节的内容写两个程序进行练习，分别是定时器定时中断和定时器外部时钟；
第三小节主要学习定时器输出比较的功能，第四小节是对第三小节的内容写三个程序进行练习，分别是PWM驱动LED呼吸灯、PWM驱动舵机以及PWM驱动直流电机；
第五小节主要学习定时器输入捕获的功能，第六小节是对第五小节的内容写两个程序进行练习，分别是输入捕获模式测频率和PWMI模式测频率占空比；
第七小节主要学习定时器的编码器接口功能，第八小节是对第七小节的内容写一个程序进行练习，即编码器接口测速；
最终附上所有的源代码；

本小节主要是学习定时器输出比较的功能；输出比较这个模块最常见的用途就是产生PWM波形，PWM波形又是驱动电机的必要条件，所以常用于驱动电机等设备；在此小节我们将会学习到使用STM32输出PWM波形，来驱动舵机和直流电机；

一、输出比价和PWM简介

1.1 输出比较简介

• OC(Output Comepare)输出比较；IC（Input Capture）输入捕获；CC（Capture/Compare）输入捕获和输出比较的单元；

1.2 PWM简介

• PWM波形是一个数字输出信号，也是由高低电平组成的；

• 解释一下PWM应用于控制LED灯亮度（也就是目标一的内容）：
  按理说LED灯只能有完全亮和完全灭两种状态，怎么能实现控制亮度大小呢？通过PWM波形就可以实现。我们可以让LED不断点亮、熄灭、点亮、熄灭；当这个点灯、熄灭的频率足够大时，LED就不会闪烁了，而是呈现出一个中等亮度；当我们调控这个点亮和熄灭时间比例时，就能让LED呈现出不同的亮度级别了；

• 对于电机调速也是一样的道理，我们以一个很快的频率，给电机通电、断电、通电、断电，那么电机的速度就能维持在一个中等速度，这就是PWM的基本思想；

• PWM参数的公式，要熟记

• 占空比等于高电平的时间比上低电平的时间；T_ON是高电平的时间，T_OFF是低电平的时间，T_S是一个周期的时间；所以占空比的含义就是高电平的时间相对于整个周期时间的比例；

比如占空比位50%，那就是高低电平时间相等的方波；波形如下图：

占空比为20%，那就是高电平占20%，低电平占80%，波形如下图

占空比为100%，那就是全程都是高电平；

• 占空比决定了PWM等效出来的模拟电压的大小； 占空比越大，那等效出来的模拟电压就越趋近于高电平；占空比越小，那等效出来的模拟电压就越趋近于低电平；
• 分辨率就是占空比变化的细腻程度

二、输出比较基础知识

2.1 输出比较通道（通用）

上图的输出比较电路就对应上一节，通用定时器的如下图的红框部分:

左边是CNT和CCR比较的结果，右边就是输出比较电路，最后通过TIM_CH1输出到GPIO引脚上，下面还有三个同样的单元，分别输出到CH2、CH3、CH4；

• 在上图的输出比较电路图中，左边就是CNT计数器和CCR1第一路的捕获/比较寄存器，他俩进行比较，当CNT>CCR1时，或者CNU=CCR1时，就会给输出模式控制器传一个信号，然后输出模式控制器就会改变它输出oc1ref的高低电平，REF信号实际上就是指这里的高低电平；REF是refense的缩写，即参考信号；
  

• ref信号会到达上述箭头所指位置，这是一个极性选择，给这个寄存器0，信号就会往上走，就是信号电平不反转；给这个寄存器写1，信号就会往下走，就是信号通过一个非门取反，那输出的信号就是输入信号高低电平反转的信号；这就是极性选择，就是选择是不是要把高低电平反转一下；

• 再往后是输出使能电路，选择要不要输出；

• 最后是OC1引脚，这个引脚就是CH1通道的引脚；

那么输出模式控制器，什么时候给ref输出高电平，什么时候给ref输出低电平呢？就是下面2.3节输出比较模式的内容；

2.2 输出比较通道（高级）

2.3 输出比较模式

• 可以这么理解：置有效电平就是置高电平，置无效电平就是置低电平；
• PWM模式1和PWM模式2非常重要，它们可以用于输出频率和占空比都可调的PWM波形；也是我们主要使用的模式
• PWM模式1，我们一般使用向上计数的方式；PWM模式2实际上就是PWM模式1的取反；

PWM模式1是怎么输出频率和占空比都可调的PWM波形的呢？看3.1节PWM基本结构所讲的内容；

三、PWM基本知识

3.1 PWM基本结构

• CCR是我们自己设置的一个目标值；CNT是一个计数器在不断地自增；同时它俩还在不断进行比较；
• CCR捕获/比价器后面的就是输出模式控制器；以PWM模式1为例，里面写的也是PWM模式1的执行逻辑；

整个过程如下图所示：

红线代表CCR值，是可以预先设定的；蓝线代表CNT值；绿线代表输出的REF值；

• 当CCR小于CNT值时，输出为有效电平（高电平），当CCR大于等于CNT时，输出的REF为无效电平（低电平）；
• 所以，PWM的占空比是受CCR值调控的，如果CCR值设置的高，输出的占空比就变大；反之如果CCR设置的低一些，那么输出的占空比就会变小；
• 最终经过输出比较，输出的REF就是一个频率可调，占空比也可调的PWM波形了；

3.2 PWM参数计算

PWM各个参数的计算，记住公式就行，写代码设置具体参数的时候要用到的；

• CK_PSC通俗说就是单片机的72MHz
• 蓝线是CNT，黄线是ARRF，红线是CCR

四、舵机和直流电机介绍

4.1 舵机简介

• 总结来说就是，给舵机输入一个PWM波形，输出轴就会固定在一个角度；

4.2 舵机硬件电路

4.3 直流电机及驱动简介

4.4 直流电机硬件电路

• 上图的PWMA、AIN2、AIN1三个脚可以控制点击的正反转和速度；具体控制方式要参考右下角的输入输出表，分以下几种情况
• 当IN1为L，IN2为H时：PWM给H高电平，电机反转；当PWM给L低电平时，电机制动
• 当IN1为H，IN2为L时：PWM给H高电平，电机正转；当PWM给L低电平时，电机制动
• 至于电机的转动速度，取决于PWM的占空比，前面有介绍。