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定时器Tim输出比较（output compare）

news 来源：原创 2025/8/19 2:04:51

输出比较OC(Output Compare)

输出比较可以通过比较CNT与CCR寄存器值的关系，来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形
每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输出比较通道，高级定时器的前3个通道额外拥有死区生成和互补输出的功能

在通用定时器的这个位置：

PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制波形

PWM呼吸灯

PWM呼吸灯是通过调节LED的亮度来实现呼吸效果的一种应用。通过改变PWM信号的占空比，可以控制LED的亮度，从而实现从亮到暗再到亮的循环变化。例如，在STM32中，可以通过设置定时器的捕获/比较寄存器（CCR）的值来改变占空比，从而实现呼吸灯效果。通过在运行中更改CCR的值，可以使LED的亮度发生变化，从而实现呼吸灯效果

驱动电机原理

电机驱动的基本原理是利用电流通过电机的线圈产生磁场，与永磁体或其他磁场互相作用，从而产生转矩和旋转运动。常见的电机驱动方式包括直流电机驱动和交流电机驱动。直流电机驱动器通过调节直流电机的输入电流，从而控制电机的转速和转矩。它主要由电源、控制器、驱动器和电机组成。控制器根据输入信号发出控制指令，驱动器根据指令调节电机的电流，进而控制电机的运动

Ton表示高电平时间，Toff表示低电平时间，Ts是一个周期的时间

占空比决定了PWM等效出来的模拟电压的大小，占空比越大，那等效的模拟电压就越趋近于高电平，反之。

输入信号：
- ETRF：外部触发输入，用于同步定时器。
- TIMx_CCR1 和 TIMx_CCR1：捕获/比较寄存器，用于存储比较值。
输出模式控制器：
- 该模块负责根据捕获/比较寄存器的值和定时器的计数值来控制输出信号。
- OC1ref：输出比较参考信号，这是最终输出到外部引脚的信号。
至主模式控制器：
- 该部分负责将输出比较信号传递给主模式控制器，用于进一步处理。
输出使能电路：
- CC1P 和 CC1E：这些是控制输出极性和输出使能的位。
  - CC1P：控制输出极性。当该位为1时，输出为反相；为0时，输出为正相。
  - CC1E：控制输出使能。当该位为1时，输出使能；为0时，输出禁用。
输出引脚（OC1）：
- 最终的输出信号通过OC1引脚输出到外部设备。
TIMx_CCER寄存器：
- 该寄存器用于配置输出极性和输出使能。
- CC1P 和 CC1E：如上所述，分别控制输出极性和输出使能。
TIMx_CCMR1寄存器：
- 该寄存器用于配置输出模式。
- OC1M[2:0]：输出模式选择位，用于选择不同的输出模式（如模式1、模式2等）。

输出模式

STM32定时器提供多种输出模式，常见的有：

模式1（Toggle）：当定时器计数值等于捕获/比较寄存器的值时，输出引脚状态翻转。
模式2（Inverted）：当定时器计数值等于捕获/比较寄存器的值时，输出引脚状态取反。
模式3（Set）：当定时器计数值等于捕获/比较寄存器的值时，输出引脚置高。
模式4（Reset）：当定时器计数值等于捕获/比较寄存器的值时，输出引脚置低。

应用示例

PWM输出：
- 通过配置捕获/比较寄存器的值和定时器的自动重装载值，可以生成PWM信号，用于控制LED亮度或电机速度。
单稳态输出：
- 通过配置输出模式和捕获/比较寄存器的值，可以生成单稳态信号，用于定时控制。
边缘触发输出：
- 通过配置输出模式和捕获/比较寄存器的值，可以生成边缘触发信号，用于同步外部设备。

输出控制器的逻辑

一般使用PWN模式1向上计数

用这个公式，要求输出频率为1khz，占空比可任意调节，分辨率为百分之一的pwm波形怎么计算呢？

输出频率（Freq）为1kHz
占空比（Duty）可任意调节
分辨率（Reso）为百分之一，即0.01

根据图中的公式：

PWM频率（Freq）= CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)
PWM占空比（Duty）= CCR / (ARR + 1)
PWM分辨率（Reso）= 1 / (ARR + 1)

步骤1：计算ARR值

首先，我们需要根据分辨率要求计算ARR的值。分辨率为百分之一，即0.01，这意味着： Reso=ARR+11=0.01 ARR+1=100 ARR=99

步骤2：计算PWM频率

接下来，我们需要计算PWM频率。假设CK_PSC（定时器时钟频率）为72MHz（一个常见的STM32时钟频率），我们希望频率为1kHz。72MHz=72×10^6Hz=72,000,000Hz

步骤3：配置CCR

由于占空比需要可任意调节，CCR的值可以在0到ARR的范围内变化。在本例中，ARR为99，所以CCR可以从0变化到99，以实现从0%到100%的占空比。

总结

PSC（预分频器）：719
ARR（自动重装载值）：99
CCR（捕获/比较值）：0到99（根据需要调节占空比）

这样配置后，你将得到一个频率为1kHz，分辨率为0.01，占空比可调的PWM波形。确保在实际应用中，定时器的时钟源配置正确，以匹配CK_PSC的假设值。

舵机、直流电机以及驱动

反转：IN1低电平，IN2高电平，PWN高反转低不转

正转：IN1高电平，IN2低电平，PWN高正转低不转

如果PWM频率足够快，点击就是连续稳定的转了，速度取决于PWM信号的占空比。

实验：

实验1：呼吸灯

led正极接PA0引脚，负极接在GND的驱动方法，高电平点亮，这样的话就是占空比越大，led越亮，反之。

第一步:RCC开启时钟，把我们要用的TIM外设和GPIO外设打开

第二步：配置时基单元，时钟源选择

第三步：配置输出比较单元，CCR的值，输出比较模式，极性选择，输出使能

第四部：配置GPIO，初始化为复用推挽模式

第五步：运行控制，启用计数器，这样就能输出PWM了

#include "stm32f10x.h"                  // Device header/*** 函    数：PWM初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void PWM_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);			//开启TIM2的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟/*GPIO重映射*/
//	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);			//开启AFIO的时钟，重映射必须先开启AFIO的时钟
//	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);			//将TIM2的引脚部分重映射，具体的映射方案需查看参考手册
//	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);		//将JTAG引脚失能，作为普通GPIO引脚使用/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;		//GPIO_Pin_15;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA0引脚初始化为复用推挽输出	//受外设控制的引脚，均需要配置为复用模式		/*配置时钟源*/TIM_InternalClockConfig(TIM2);		//选择TIM2为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟/*时基单元初始化*/TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;					//计数周期，即ARR的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;				//预分频器，即PSC的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM2的时基单元/*输出比较初始化*/TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;							//定义结构体变量TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);							//结构体初始化，若结构体没有完整赋值//则最好执行此函数，给结构体所有成员都赋一个默认值//避免结构体初值不确定的问题TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;				//输出比较模式，选择PWM模式1TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;		//输出极性，选择为高，若选择极性为低，则输出高低电平取反TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;	//输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;								//初始的CCR值TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);						//将结构体变量交给TIM_OC1Init，配置TIM2的输出比较通道1/*TIM使能*/TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);			//使能TIM2，定时器开始运行
}/*** 函    数：PWM设置CCR* 参    数：Compare 要写入的CCR的值，范围：0~100* 返 回 值：无* 注意事项：CCR和ARR共同决定占空比，此函数仅设置CCR的值，并不直接是占空比*           占空比Duty = CCR / (ARR + 1)*/
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);		//设置CCR1的值
}

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "PWM.h"uint8_t i;			//定义for循环的变量int main(void)
{/*模块初始化*/OLED_Init();		//OLED初始化PWM_Init();			//PWM初始化while (1){for (i = 0; i <= 100; i++){PWM_SetCompare1(i);			//依次将定时器的CCR寄存器设置为0~100，PWM占空比逐渐增大，LED逐渐变亮Delay_ms(10);				//延时10ms}for (i = 0; i <= 100; i++){PWM_SetCompare1(100 - i);	//依次将定时器的CCR寄存器设置为100~0，PWM占空比逐渐减小，LED逐渐变暗Delay_ms(10);				//延时10ms}}
}

实验二：驱动舵机

#include "stm32f10x.h"                  // Device header/*** 函    数：PWM初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void PWM_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);			//开启TIM2的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA1引脚初始化为复用推挽输出	//受外设控制的引脚，均需要配置为复用模式/*配置时钟源*/TIM_InternalClockConfig(TIM2);		//选择TIM2为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟/*时基单元初始化*/TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 20000 - 1;				//计数周期，即ARR的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;				//预分频器，即PSC的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM2的时基单元/*输出比较初始化*/ TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;							//定义结构体变量TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);                         //结构体初始化，若结构体没有完整赋值//则最好执行此函数，给结构体所有成员都赋一个默认值//避免结构体初值不确定的问题TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;               //输出比较模式，选择PWM模式1TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;       //输出极性，选择为高，若选择极性为低，则输出高低电平取反TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   //输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;								//初始的CCR值TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);                        //将结构体变量交给TIM_OC2Init，配置TIM2的输出比较通道2/*TIM使能*/TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);			//使能TIM2，定时器开始运行
}/*** 函    数：PWM设置CCR* 参    数：Compare 要写入的CCR的值，范围：0~100* 返 回 值：无* 注意事项：CCR和ARR共同决定占空比，此函数仅设置CCR的值，并不直接是占空比*           占空比Duty = CCR / (ARR + 1)*/
void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare)
{TIM_SetCompare2(TIM2, Compare);		//设置CCR2的值
}

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "PWM.h"/*** 函    数：舵机初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void Servo_Init(void)
{PWM_Init();									//初始化舵机的底层PWM
}/*** 函    数：舵机设置角度* 参    数：Angle 要设置的舵机角度，范围：0~180* 返 回 值：无*/
void Servo_SetAngle(float Angle)
{PWM_SetCompare2(Angle / 180 * 2000 + 500);	//设置占空比//将角度线性变换，对应到舵机要求的占空比范围上
}

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Servo.h"
#include "Key.h"uint8_t KeyNum;			//定义用于接收键码的变量
float Angle;			//定义角度变量int main(void)
{/*模块初始化*/OLED_Init();		//OLED初始化Servo_Init();		//舵机初始化Key_Init();			//按键初始化/*显示静态字符串*/OLED_ShowString(1, 1, "Angle:");	//1行1列显示字符串Angle:while (1){KeyNum = Key_GetNum();			//获取按键键码if (KeyNum == 1)				//按键1按下{Angle += 30;				//角度变量自增30if (Angle > 180)			//角度变量超过180后{Angle = 0;				//角度变量归零}}Servo_SetAngle(Angle);			//设置舵机的角度为角度变量OLED_ShowNum(1, 7, Angle, 3);	//OLED显示角度变量}
}

有人知道为什么下面的跟图不一样嘛？？

常见的舵机控制参数

在许多舵机中，常见的控制参数如下：

0.5ms（500微秒）的高电平对应 0°
1.5ms（1500微秒）的高电平对应 90°
2.5ms（2500微秒）的高电平对应 180°

舵机的控制通常依赖于PWM信号，其中0°对应500微秒的高电平时长，180°对应2500微秒的高电平时长。这种对应关系是舵机控制的一种行业标准，用于在0°到180°之间精确控制舵机的角度

至于setcompare()函数，它通常用于设置定时器的比较寄存器值，即设定一个时间基准，当计数器达到该值时，就会引发一个定时器溢出中断或者定时事件。在STM32系列微控制器中，这个函数可以用来精确地控制设备的工作周期，比如定时器超时、延时操作或者是脉冲宽度调制（PWM）的占空比设置。例如，在舵机控制中，通过调用setcompare()函数并传入相应的参数，可以生成对应角度的PWM信号，从而控制舵机转动到指定的角度

舵机要求周期20ms，PWM频率就是1/20ms =50hz

输出高电平的时间：

高电平时间=周期×占空比

duty = ccr/（arr+1）=50/20000= 0.025

高电平时间 = 20ms ×0.025 = 0.5ms

ccr设置500就是0.5ms，设置2500就是2.5ms

0° -500，180° -2500

实验三：PWM驱动直流电机

#include "stm32f10x.h"                  // Device header/*** 函    数：PWM初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void PWM_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);			//开启TIM2的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟/*GPIO初始化*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA2引脚初始化为复用推挽输出	//受外设控制的引脚，均需要配置为复用模式/*配置时钟源*/TIM_InternalClockConfig(TIM2);		//选择TIM2为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟/*时基单元初始化*/TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;                 //计数周期，即ARR的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 36 - 1;               //预分频器，即PSC的值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM2的时基单元/*输出比较初始化*/ TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;							//定义结构体变量TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);                         //结构体初始化，若结构体没有完整赋值//则最好执行此函数，给结构体所有成员都赋一个默认值//避免结构体初值不确定的问题TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;               //输出比较模式，选择PWM模式1TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;       //输出极性，选择为高，若选择极性为低，则输出高低电平取反TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   //输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;								//初始的CCR值TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);                        //将结构体变量交给TIM_OC3Init，配置TIM2的输出比较通道3/*TIM使能*/TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);			//使能TIM2，定时器开始运行
}/*** 函    数：PWM设置CCR* 参    数：Compare 要写入的CCR的值，范围：0~100* 返 回 值：无* 注意事项：CCR和ARR共同决定占空比，此函数仅设置CCR的值，并不直接是占空比*           占空比Duty = CCR / (ARR + 1)*/
void PWM_SetCompare3(uint16_t Compare)
{TIM_SetCompare3(TIM2, Compare);		//设置CCR3的值
}

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "PWM.h"/*** 函    数：直流电机初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void Motor_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);		//开启GPIOA的时钟GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);						//将PA4和PA5引脚初始化为推挽输出	PWM_Init();													//初始化直流电机的底层PWM
}/*** 函    数：直流电机设置速度* 参    数：Speed 要设置的速度，范围：-100~100* 返 回 值：无*/
void Motor_SetSpeed(int8_t Speed)
{if (Speed >= 0)							//如果设置正转的速度值{GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);	//PA4置高电平GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);	//PA5置低电平，设置方向为正转PWM_SetCompare3(Speed);				//PWM设置为速度值}else									//否则，即设置反转的速度值{GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);	//PA4置低电平GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);	//PA5置高电平，设置方向为反转PWM_SetCompare3(-Speed);			//PWM设置为负的速度值，因为此时速度值为负数，而PWM只能给正数}
}

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Motor.h"
#include "Key.h"uint8_t KeyNum;		//定义用于接收按键键码的变量
int8_t Speed;		//定义速度变量int main(void)
{/*模块初始化*/OLED_Init();		//OLED初始化Motor_Init();		//直流电机初始化Key_Init();			//按键初始化/*显示静态字符串*/OLED_ShowString(1, 1, "Speed:");		//1行1列显示字符串Speed:while (1){KeyNum = Key_GetNum();				//获取按键键码if (KeyNum == 1)					//按键1按下{Speed += 20;					//速度变量自增20if (Speed > 100)				//速度变量超过100后{Speed = -100;				//速度变量变为-100//此操作会让电机旋转方向突然改变，可能会因供电不足而导致单片机复位//若出现了此现象，则应避免使用这样的操作}}Motor_SetSpeed(Speed);				//设置直流电机的速度为速度变量OLED_ShowSignedNum(1, 7, Speed, 3);	//OLED显示速度变量}
}