【江科大STM32】TIM輸出比較（學習筆記）

本章圖片文字內容也為重要知識，請馬住！

?輸出比較簡介?

OC（Output Compare）輸出比較
輸出比較可以通過比較CNT與CCR寄存器值的關系，來對輸出電平進行置1、置0或翻轉的操作，用于輸出一定頻率和占空比的PWM波形
每個高級定時器和通用定時器都擁有4個輸出比較通道，4個輸出比較通道各自有捕獲/比較寄存器但是它們共用一個CNT計數器
高級定時器的前3個通道額外擁有死區生成和互補輸出的功能，用于驅動三相無刷電機

?CNT與CCR寄存器：

常見名稱簡寫：??

?OC（Output Compare）輸出比較
IC(Input Capture)輸入捕獲
CNT：計數器?
CCR（Capture Compar Register）捕獲/比較寄存器，是輸入捕獲和輸出比較公用
REF(refreference):參考信號
ETR 引腳：通常是外部觸發輸入引腳

CCR是輸入捕獲和輸出比較共用。當使用輸入捕獲時，它就是捕獲寄存器；當使用輸出比較時，它就是比較寄存器；在輸出比較這里，上面大紅圈這塊電路會比較CNT和CCR的值，CNT計數自增，CCR是我們給定的值，當CNT大于CCR，小于CCR或者等于CCR的值時，這里輸出就會對應的置1，置0，置1，置0，這樣就可以輸出一個電平不斷跳變的PWM波形，這就是輸出比較的基本功能。

?PWM簡介

PWM（Pulse Width Modulation）脈沖寬度調制，也是數字輸出信號，高低電平組成
在具有慣性的系統中，可以通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要的模擬參量，常應用于電機控速等領域
PWM參數：頻率 = 1 / TS ? ? ? ? ? ?占空比 = TON / TS ? ? ? ? ? 分辨率 = 占空比變化步距?

?頻率 = 1 / TS：PWM的頻率越快，它的等效模擬信號就越平穩。不過同時性能開銷就越大，一般來說，PWM的頻率在幾k到幾十KHz，這個頻率就足夠快了。

占空比 = TON / TS ： TON是高電平的時間，TS是一個周期的時間，那么TON/TS就是高電平時間相對于整個周期時間的比例，一般用百分比表示，比如占空比為50％，那就是高低電平時間相等的方波；占空比為20％，那就是高電平占20％，低電平占80％；占空比為100％，那就是高電平不變；占空比0％，那就直接是低電平。占空比決定了PWM等效出來的模擬電壓的大小，占空比越大，那等效的模擬電壓越趨近于高電平，占空比越小，那等效的模擬電壓越趨近于低電平。這個等效關系一般來說都是線性的，比如高電平時5V，低電平時0V，那50％的占空比就等效于中間電壓，就是2.5V；20％的占空比就等效于1/5處的電壓，就是1V。

分辨率 = 占空比變化步距：比如有的占空比只能是1％， 2％，3％，等等這樣以1％的步距跳變，那它的分辨率就是1％，如果可以1.1％， 1.2％，1.3％這樣以0.1％的步距跳變，那它的分辨率就是0.1％。，所以這個分辨率就是占空比變化的精細程度。要求不高的，1％的分辨率也夠用了。

使用PWM波形，就可以在數字系統等效輸出模擬量。就能實現LED控制亮度，電機調速等功能。

如何實現LED連續地調控亮度？

這就使用到這個PWM波形，用來有效的實現一個模擬信號的輸出。通過PWM波形就可以實現，讓LED不斷地點亮、熄滅、點亮、熄滅。當點亮熄滅的頻率足夠大時，LED就不會閃爍了，而是呈現出一個中等亮度。當我們調控這個點亮熄滅的時間比例時，就能讓LED呈現出不同的亮度級別。對于電機調速也是一樣，我們以一個很快的頻率，給電機通電、斷電、通電、斷電，那么電機的速度就能維持在一個中等速度，這就是PWM的基本思想。當然PWM的應用場景必須要是一個慣性統，就是說LED在熄滅的時候，由于余暉和人眼的視覺暫留現象，LED不會立馬熄滅，而是有一定的慣性，過一段時間才會熄滅。相同，電機也是一樣，不會立馬停止。這樣具有慣性的系統才可以使用PWM。

輸出比較通道(通用)?

接下來看看定時器的輸出比較模塊是如何輸出PWM波形的？

兩圖對應通道1 （下圖干貨，認值吸收）

輸出比較模式?

輸出模擬控制器具體工作方式，什么時候給ref高電平，什么時候給ref低電平？那就看看輸出比較模式，也就這個輸出模式控制器里面的執行邏輯，輸入是CNT和CCR的大小關系，輸出是ref的高低電平，里面可以選擇多種模式來更加靈活地控制ref輸出，這個模式可以通過寄存器配置。

凍結：CNT=CCR時，REF保持為原狀態。可以理解為CNT和CCR無效，REF保持原狀態，這個模式也比較簡單，它根本不管CNT誰大誰小，直接REF保持不變，維持上一個狀態就好了。這有什么用呢？比如你正在輸入PWM波，突然想暫停一會輸出，就可以設置成這個模式，一旦切換成凍結模式后，輸出就停止了，并且高低電平也維持為暫停時刻的狀態，保持不變。

匹配時置有效/無效/電平、電平翻轉： 為了方便理解，可以直接認為，置有效電平就是高電平，無效電平就是低電平。這些模式可以用做波形輸出，比如相等時電平翻轉這個模式，這個可以方便的輸出一個頻率可調，占空比時鐘為50％的PWM波形。比如你設置CCR為0，那CNT每次更新清0時，就會產生一次CNT=CCR的事件，這就會導致輸出電平翻轉一次，每更新兩次，輸出為一個周期，并且高電平與低電平的時間始終相等，也就是占空比始終為50%，當你改變定時器的更新頻率時，輸出波形的頻率也會隨之改變。它倆的的關系是輸出波形的頻率=更新頻率/2，因為更新兩次才為一個周期。

PWM模式1與PWM模式2： 它們可用于輸出頻率和占空比都可調的PWM波形，也是我們主要使用的模式。一般使用向上計數，PWM模式2實際就是PWM模式1輸出的取反，改變PWM模式1和PWM模式2，就只是改變了REF電平的極性而已。所以使用的話，我們可以只使用PWM模式1的向上計數，這一種模式就行了。

PWM基本結構?（重點）

?PWM模式1的向上計數模式是如何輸出頻率和占空比都可調的PWM波形的？

圖片文字全是干貨，好好看看吸收?

?參數計算????????

?問題：如果要求輸出一個頻率為1KHz，占空比可任意調節，分辨率為1%的PWM波形，請用上面公式確認合適的參數。歡迎評論區討論。

?舵機簡介

舵機是一種根據輸入PWM信號占空比來控制輸出角度的裝置
輸入PWM信號要求：周期為20ms，高電平寬度為0.5ms~2.5ms?

舵機有三根輸入線，兩根電源線，一根信號線，PWM就是通過輸入信號線來控制舵機的。

棕色電源負極接GND，紅色電源正接VCC，橙色信號線。?

把PWM當作通信協議也是一個比較常見的應用，很多控制器都有PWM輸出功能，而且PWM只需要一根信號線就可以了。??

舵機是一種電子元件，用于控制機械裝置的角度和位置。舵機的工作原理是通過接收控制信號，并將這個信號轉換成機械運動。舵機內部包含了電機、控制電路和反饋裝置。

當一個控制信號發送給舵機時，舵機的控制電路會對這個信號進行解碼，然后根據信號的大小和方向控制內部電機的運轉。內部電機的運轉會使得舵機的輸出軸旋轉到特定的位置，從而改變機械裝置的角度和位置。舵機還會通過反饋裝置實時檢測輸出軸的位置，并將這個信息發送回控制電路，從而確保輸出軸達到預期的位置。

總的來說，舵機的工作原理就是接收控制信號、轉換成機械運動，并通過反饋機制來確認和調整輸出位置。舵機廣泛應用于遙控模型、機器人等領域。

舵機的硬件電路

?直流電機及驅動簡介

直流電機是一種將電能轉換為機械能的裝置，有兩個電極，當電極正接時，電機正轉，當電極反接時，電機反轉
直流電機屬于大功率器件，GPIO口無法直接驅動，需要配合電機驅動電路來操作
TB6612是一款雙路H橋型的直流電機驅動芯片，可以驅動兩個直流電機并且控制其轉速和方向??

直流電機是一種將電能轉變為機械能的電動機。它的工作原理基于洛倫茲力和電磁感應定律。

直流電機通常由一個定子和一個轉子組成。定子上有一組繞組，通常稱為電樞，通過這些繞組流過電流。轉子由永磁體或電磁鐵組成，它圍繞在定子的中心。

當電流通過電樞繞組時，產生的磁場和轉子的磁場相互作用，導致轉子發生轉動。這是基于洛倫茲力的原理，即流過導體的電流在磁場中會受到力的作用。根據右手定則，電流方向和磁場方向可以確定受力的方向，從而導致轉子轉動。

在轉動過程中，電樞繞組的電流方向會隨著轉子的旋轉而不斷改變，這導致了反向的力矩，使得轉子能夠持續轉動。

總的來說，直流電機的工作原理是通過在定子和轉子之間建立磁場和通過電流的相互作用，實現將電能轉換為機械能，驅動機械裝置工作。