STM32的HAL库开发---高级定时器---互补输出带死区实验

一、互补输出简介

互补输出：OCx输出高电平，则互补通道OCxN输出低电平。OCx输出低电平，则互补通道OCxN输出高电平。

带死区控制的互补输出：OCx输出高电平时，则互补通道OCxN过一会再输出输出低电平。这个时间里输出的电平为无效电平。

二、带死区控制的互补输出应用H桥

在H桥中间的是电动机，电流从左边流向右边为正转，从右边流向左边为反转。正转的时候，Q1和Q4导通，反转的时候，Q2和Q3导通。4个三极管都是NPN型三极管，都需要高电平才能导通。

Q1和Q3连接的OC1，Q2和Q3连接的是互补通道OC1N。当OC1输出高电平时，Q1和Q4导通，电机正转，OC1N输出低电平，Q2和Q3都截止。当OC1N输出高电平时，Q2和Q3导通，电机反转，此时OC1输出低电平，Q1和Q4截止。

如果输出通道OC1和互补输出通道OC1N都为有效电平，在这个图里边有效电平为高电平，都为有效电平则短路。

由于元器件是有延迟特性，所以需要加上死区时间控制。这个电路图的无效电平为低电平。

三、捕获/比较通道的输出部分(通道1至3)

1、OC1RE为输出参考信号，高电平有效。

2、TIMx_CCMR1的OC1M设置输出比较模式，在F1系列有8种比较模式。

3、 ETRF信号，设置了OC1CE为，则ETRF信号来的时候，OC1REF会被强制清0。

4、配置TIMx_CCER寄存器的CC1E和CC1NE位，来设置输出通道使能和输出互补通道使能。当使能输出通道，关闭互补输出通道，则直接走死区发生器上面那个线，经过输出极性选择器，从OC1输出。当关闭输出通道，使能互补输出通道，则经过互补输出极性选择器，从OC1N输出。

死区输出：同时使能输出通道和互补输出通带，OC1REF信号经过死区发生器，然后分别经过各自的极性选择器，来到OC1和OC1N。

MOE位：高级定时器的主输出控制，想输出。必须置1，否则两个通道都无法输出。

补充：

高级定时的刹车功能寄存器BDTR里边有一个OSSR位，对用在运行状态（MOE = 1)时，可以控制输出和互补输出通道电平。

手册种给出如下表格

重点看红色部分，当OSSR位设置为1时，如果只使能了输出通道或者互补输出通道中的任意一个，那个另一个通道会输出无效电平。当OSSR位设置为0的时候，另一个通道都是输出0。这个对于学习电机控制的时候有用，如果程序不设置这位，对于想使用一个定时器的互补输出通道控制电机，是不行的，因为另一个通道一直输出0。

sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode=TIM_OSSR_ENABLE;

如果设置了这位，另一个通道会根据你设置的有效电平，来输出无效电平。

sConfig.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_LOW;
sConfig.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_LOW;

下面这俩是控制在刹车输入时，MOE位会被自动清零，然后输出通道和互补输出通道根据空闲状态输出电平，但是要注意，如果你两个通道都设置的是低电平有效，那下面这个设置就是无效的，因为硬件不允许两个通道同时输出有效电平，他会同时输出高电平。但是你设置的是高电平有效，下面这个设置会使两个通道都输出低电平，也就是同时输出无效电平。

sConfig.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_RESET;
sConfig.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;

四、死区时间计算

1、确定tDTS的值：

其中CKD位在TIMx_CR1寄存器里边设置，Ft为定时器时钟频率，F1系列就是72Mhz。

2、判断DTG[7:5]，选择计算公式，在TIMx_BDTR寄存器设置。

3、带入选择的公式计算。

五、刹车(断路)功能

1、使能刹车功能：将TIMx_BDTR的BKE位置1，刹车输入信号极性由BKP位设置

将TIMx_BKIN引脚复用为刹车功能，刹车信号经过极性选择后，来到或门。BI为刹车中断。

使能刹车功能后：由TIMx_BDTR的MOE、OSSI、OSSR位，TIMx_CR2的OISx、OISxN位，TIMx_CCER的CCxE、CCxNE位控制OCx和OCxN输出状态

无论何时，OCx和OCxN输出都不能同时处在有效电平，由硬件强制设置。

2、发生刹车后，会怎么样？

MOE位被清零，OCx和OCxN为无效、空闲或复位状态(OSSI位选择)，MOE为0，被称为空闲模式，为1被称为运行模式。
OCx和OCxN的状态：由相关控制位状态决定，当使用互补输出时：根据情况自动控制输出电平，参考参考手册使用刹车(断路)功能小节
BIF位置1，如果使能了BIE位，还会产生刹车中断；如果使能了TDE位，会产生DMA请求
如果AOE位置 1，在下一个更新事件UEV时，MOE位被自动置 1

从图中可以看出，当刹车信号来时，MOE位会被置0，同时输出通道电平由OIS1位决定，OIS1为1，则输出高电平，OIS1为0，则输出低电平。

1、设置输出通道极性为高电平有效，当OCxREF下降沿来的时候，没有延迟，当上升沿来的时候，需要加死区延迟。当刹车信号来的时候，OISx为0，输出低电平，低电平不是有效输出电平，所以没有延迟。

设置互补输出通道为高电平有效，在OCxREF下降沿来的时候，OCxN需要加死区延迟，在OCxREF上升沿来的时候，OCxN变为低电平，不需要加死区延迟。刹车信号来的时候，设置的OCSxN为1，为有效电平，需要加死区延迟。

2、设置输出通道极性为高电平有效，当OCxREF下降沿来的时候，不需要死区延迟，当上升沿来的时候，需要加死区延迟。当刹车信号来的时候，OISx为1，输出高电平，高电平是有效输出电平，需要加死区延迟。

设置互补输出通道为低电平有效，在OCxREF下降沿来的时候，OCxN需要加死区延迟，在OCxREF上升沿来的时候，OCxN变为高电平，不需要加死区延迟。刹车信号来的时候，设置的OCSxN为1，为无效电平，不需要加死区延迟。

3、互补输出没有开启，设置输出通道为高电平有效，输出与OCxREF一样，刹车信号来的时候，OCSx为0，为无效电平，不需要死区延迟。

互补输出通道没有开启，设置的设置互补输出通道为高电平有效，同时OCSxN为1，高电平是有效输出电平，需要加死区延迟。

4、互补输出没有开启，设置输出通道为高电平有效，输出与OCxREF一样，刹车信号来的时候，OCSx为1，为有效电平，需要死区延迟。

互补输出通道没有开启，设置的设置互补输出通道为高电平有效，同时OCSxN为0，低电平不是有效输出电平，不需要加死区延迟。

4、互补输出没有开启，设置输出通道为高电平有效，输出与OCxREF一样，刹车信号来的时候，OCSx为1，为有效电平，需要死区延迟。

互补输出通道没有开启，设置的设置互补输出通道为高电平有效，同时OCSxN为0，低电平不是有效输出电平，不需要加死区延迟。

六、高级定时器互补输出带死区控制实验配置步骤

1、HAL_TIM_PWM_Init()函数，配置定时器基础工作参数。这个函数与HAL_TIM_Base_init()函数功能是一样的。

2、HAL_TIM_PWM_MspInit()，配置NVIC、CLOCK、GPIO等。

3、HAL_TIM_PWM _Configchannel()函数，配置PWM模式/比较值。

4、HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime()函数，配置刹车功能、死区时间等。

5、HAL_TIM_PWM _Start()函数，使能输出、主输出、计数器。

6、HAL_TIM_PWMN _Start()函数，使能互补输出、主输出、计数器。

七、高级定时器互补输出带死区控制实验

1、寄存器版本

#include "./BSP/TIMER/atim.h"

//配置定时器1的通道1 和 通道1互补输出  PE8 PE9
void Advanced_TIM_Init(void)
{
	//开启定时器1时钟
	RCC->APB2ENR |= (1 << 11);
	
	//设置CKD分频系数为4
	TIM1->CR1 |= (1 << 9);
	TIM1->CR1 &= ~(1 << 8);
	
	//设置ARR寄存器缓冲功能
	TIM1->CR1 |= (1 << 7);
	
	//注意硬件不允许同时输出有效电平 有效电平在CCxP和CCxNP设置
	//设置OIS1 输出空闲状态
	//TIM1->CR2 |= (1 << 8);
	TIM1->CR2 &= ~(1 << 8);
	
	//设置OIS1N 互补输出空闲状态
	TIM1->CR2 |= (1 << 9);
	
	//设置CC1S模式为输出 00 
	TIM1->CCMR1 &= ~(0X03 << 0);
	
	//OC1M 设置为PWM1模式 110 
	TIM1->CCMR1 |= (0X03 << 5);
	TIM1->CCMR1 &= ~(1 << 4);
	
	
	//CC1NP 互补输出高电平有效
	TIM1->CCER &= ~(1 << 3);
	
	//CC1NE 开启互补输出比较使能
	TIM1->CCER |= (1 << 2);
	
	//CC1P 输出高电平有效
	TIM1->CCER &= ~(1 << 1);
	
	//CC1E开启输出比较使能
	TIM1->CCER |= (1 << 0);
		
	//设置预分频系数为71
	TIM1->PSC = 71;
	
	//设置预装载值为999 
	TIM1->ARR = 999;
	
	//设置CCR1输出比较值 控制占空比
	TIM1->CCR1 = 0.3 * (TIM1->ARR + 1) - 1;
	
	//MOE 开启主输出
	TIM1->BDTR |= (1 << 15);
	
	//AOE 开启刹车失效之后MOE自动恢复
	TIM1->BDTR |= (1 << 14);
	
	//刹车极性高电平有效
	TIM1->BDTR |= (1 << 13);
	
	//开启刹车使能
	TIM1->BDTR |= (1 << 12);
	
	//CKD分频系数设置为4 72M/4 取倒数为Tdts时间 
	//然后用100 成这个时间为死区延迟时间 5.56us
	//设置DTG死区延时为100 
	TIM1->BDTR |= 100;
	
	TIM1->EGR |= (1 << 0);
	
	//开启GPIOE1时钟
	RCC->APB2ENR |= (1 << 6);
	
	//设置PE8为复用推挽输出
	GPIOE->CRH |= (0X03 << 0);
	GPIOE->CRH |= (1 << 3);
	GPIOE->CRH &= ~(1 << 2);
	
	//设置PE9为复用推挽输出
	GPIOE->CRH |= (0X03 << 4);
	GPIOE->CRH |= (1 << 7);
	GPIOE->CRH &= ~(1 << 6);
	
	//设置PE15为复用推挽输出
	GPIOE->CRH |= (0X03 << 28);
	GPIOE->CRH |= (1 << 31);
	GPIOE->CRH &= ~(1 << 30);
	
	//使能AFIO时钟
	RCC->APB2ENR |= (1 << 0);
	
	//设置TIM1完全重映射 将CH1映射到PE9 CH1N映射到PE8 BKIN映射到PE15上
	AFIO->MAPR |= (0x03 << 6);
	
	//使能计数器
	TIM1->CR1 |= (1 << 0);
}

注意：配置过程中发现刹车输入使能位和刹车极性位设置无效，但是debug的时候通过断点设置便可以，全速运行就不可以问题还没有找到，有思路的小伙伴可以私信我。

2、库函数版本

atim.h头文件

#ifndef __ATIM_H
#define __ATIM_H

#include "stm32f1xx.h"
void Advanced_TIM_Init(void);
#endif

atim.c源文件

#include "./BSP/TIMER/atim.h"


TIM_HandleTypeDef htim;

void Advanced_TIM_Init(void)
{
	htim.Instance = TIM1;
	htim.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
	htim.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV4;
	htim.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
	htim.Init.Period = 999;
	htim.Init.Prescaler = 71;
	
	//配置PWM输出
	HAL_TIM_PWM_Init(&htim);
	
	TIM_OC_InitTypeDef sConfig = {0};
	
	sConfig.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_SET;
	sConfig.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
	sConfig.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;
	sConfig.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
	sConfig.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
	sConfig.Pulse = 499;
	HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim,&sConfig,TIM_CHANNEL_1);
	
	TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig = {0};
	
	sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput = TIM_AUTOMATICOUTPUT_ENABLE;
	sBreakDeadTimeConfig.BreakPolarity = TIM_BREAKPOLARITY_HIGH;
	sBreakDeadTimeConfig.BreakState = TIM_BREAK_ENABLE;
	sBreakDeadTimeConfig.DeadTime = 100;
	sBreakDeadTimeConfig.OffStateIDLEMode = TIM_OSSI_DISABLE;
	sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode=TIM_OSSR_DISABLE;
	
	//刹车输入及死区时间配置
	HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&htim,&sBreakDeadTimeConfig);
	
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim,TIM_CHANNEL_1);
	
	HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim,TIM_CHANNEL_1);
}


void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	//开启定时器1时钟
	__HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE();
	
	//开启GPIOE时钟
	__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_Init = {0};
	GPIO_Init.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
	GPIO_Init.Pin  = GPIO_PIN_8;
	GPIO_Init.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	
	//初始化PE8为复用推挽输出
	HAL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_Init);
	
	//初始化PE9为复用推挽输出
	GPIO_Init.Pin  = GPIO_PIN_9;
	HAL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_Init);
	
	GPIO_Init.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
	GPIO_Init.Pull = GPIO_PULLDOWN;
	GPIO_Init.Pin  = GPIO_PIN_15;
	HAL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_Init);
	
	//开启AFIO时钟
	__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();
	
	//开启TIM1完全重映射
	__HAL_AFIO_REMAP_TIM1_ENABLE();
}

main.c源文件

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/TIMER/atim.h"

int main(void)
{
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
	sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                     /* 延时初始化 */
    led_Init();                         /* LED初始化 */
	Advanced_TIM_Init();
    while(1)
    { 
		LED0(1);
		LED1(0);
		delay_ms(500);
		
		LED0(0);
		LED1(1);
		delay_ms(500);
    }
}