STM32 定时器应用：PWM、捕获与比较详解

# 1. STM32 定时器的基本原理和架构**

STM32 定时器是 STM32 微控制器中强大的外设，可用于生成 PWM 信号、捕获外部事件并进行比较。它具有灵活的配置选项，使其适用于各种应用。

STM32 定时器由一个或多个计数器组成，这些计数器可以递增或递减。计数器由一个时钟源驱动，时钟源可以是内部时钟或外部时钟。计数器的值可以与比较寄存器进行比较，当计数器值等于或大于比较寄存器值时，会产生中断或触发其他事件。

# 2. PWM 输出应用

### 2.1 PWM 原理和配置

脉宽调制（PWM）是一种数字调制技术，通过改变脉冲的宽度来控制模拟信号的幅度。在 STM32 定时器中，PWM 输出功能可以通过设置定时器的时基周期和脉冲宽度来实现。

**时基周期配置：**

TIMx->ARR = Period;

* `TIMx`：定时器外设寄存器基地址
* `Period`：时基周期，单位为定时器时钟周期

**脉冲宽度配置：**

TIMx->CCR1 = PulseWidth;

* `TIMx`：定时器外设寄存器基地址
* `PulseWidth`：脉冲宽度，单位为定时器时钟周期

### 2.2 PWM 信号生成与调节

**PWM 信号生成：**

当定时器计数器计数到时基周期时，会产生一个更新事件。此时，定时器会将比较寄存器（CCR）中的值与计数器值进行比较。如果计数器值小于 CCR 值，则输出高电平；否则输出低电平。

**PWM 信号调节：**

可以通过改变时基周期或脉冲宽度来调节 PWM 信号的频率和占空比。

* **频率调节：**通过改变时基周期可以调节 PWM 信号的频率。时基周期越小，频率越高。
* **占空比调节：**通过改变脉冲宽度可以调节 PWM 信号的占空比。脉冲宽度越大，占空比越高。

### 2.3 PWM 的高级应用

**死区控制：**

死区控制是一种防止功率器件同时导通的技术。在 STM32 定时器中，可以通过设置定时器的死区时间寄存器（BDTR）来实现死区控制。

**互补 PWM 输出：**

互补 PWM 输出是指同时输出一对互补的 PWM 信号，即当一个信号输出高电平时，另一个信号输出低电平。在 STM32 定时器中，可以通过设置定时器的互补输出模式寄存器（CCER）来实现互补 PWM 输出。

**定时器链路：**

定时器链路功能允许多个定时器连接在一起，以实现更复杂的 PWM 输出模式。例如，可以通过连接两个定时器来实现三相 PWM 输出。

# 3. 捕获与比较应用**

### 3.1 捕获功能原理与配置

捕获功能允许定时器捕获外部事件发生的时刻，并将其存储在捕获寄存器中。这对于测量外部信号的频率、周期和占空比非常有用。

要配置捕获功能，需要执行以下步骤：

1. **选择捕获源：**选择要捕获的外部信号源，例如外部引脚或定时器输入。
2. **设置捕获模式：**有两种捕获模式：上升沿捕获和下降沿捕获。选择要捕获的信号沿。
3. **配置预分频器：**预分频器用于减少捕获的信号频率。这对于捕获高频信号非常有用。
4. **启用捕获功能：**设置定时器的捕获控制寄存器以启用捕获功能。

### 3.2 比较功能原理与配置

比较功能允许定时器将当前计数值与一个预定义的比较值进行比较。当计数值等于或大于比较值时，定时器会产生一个比较事件。

要配置比较功能，需要执行以下步骤：

1. **设置比较值：**将比较值写入定时器的比较寄存器。
2. **选择比较模式：**有两种比较模式：输出比较模式和输入比较模式。输出比较模式用于产生输出脉冲，而输入比较模式用于检测外部信号。
3. **配置预分频器：**预分频器用于减少比较值的频率。这对于比较高频信号非常有用。
4. **启用比较功能：**设置定时器的比较控制寄存器以启用比较功能。

### 3.3 捕获与比较的结合应用

捕获和比较功能可以结合使用来实现各种应用，例如：

1. **频率测量：**使用捕获功能捕获信号的上升沿和下降沿，并使用比较功能计算信号的频率。
2. **占空比测量：**使用捕获功能捕获信号的高电平和低电平时间，并使用比较功能计算信号的占空比。
3. **脉冲宽度调制 (PWM)：**使用比较功能生成 PWM 信号，并使用捕获功能测量 PWM 信号的频率和占空比。

**代码示例：**

// 捕获外部信号的上升沿
TIM_ICInitTypeDef sConfig = {0};
sConfig.ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
sConfig.ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
sConfig.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
sConfig.ICFilter = 0;
HAL_TIM_IC_Init(&htim1, TIM_CHANNEL_1, &sConfig);

// 比较功能输出一个 PWM 信号
TIM_OCInitTypeDef sConfig = {0};
sConfig.OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
sConfig.OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
sConfig.OCFastMode = TIM_OCFast_Disable;
sConfig.OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
sCo