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
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
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
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
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
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
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
设置Trigger Event为其他模式时，Repetition Counter不起作用
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
对应设置的中断标志位。
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
- 不同CMS模式下，CCI触发的时间点：
- 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
对应STM32CubeMX选择counter mode
4. FOC中PWM相关设置说明
4.1 Update Event 触发ADC采集
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选择Trigger EVent Selection为：Update Event，这里用的TIM计数器Update interrupt
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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
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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
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这里CCR的值，即pulse，触发的是ICxI，不会影响UI（Update interrupt）
4.2 Output Channel4触发ADC采集
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选择Trigger EVent Selection为：Output compare（OC4REF），这里用的PWM的ICxI 中断
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选择TIM1的Channel4为 PWM generation no Output
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设置Trigger EVent Selection为 Output compare（OC4REF）
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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
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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）
- 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）
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;
}
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：
- 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
- 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
- 触发的事件是Update event，如图UIF被置位（Update interrupt flag）
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
- 触发的事件是CCxI，如图CCxIF被置位（capture/compare interrupt flag）
