14.3 高级定时器项目：PWM互补输出实验

本实验通过STM32的高级定时器TIM1生成带死区时间的互补PWM信号，结合示波器验证波形参数，并通过OLED实时显示中断计数。
核心功能：

• 互补PWM输出：TIM1_CH1（PA8）与TIM1_CH1N（PB13）输出互补信号。
• 死区时间控制：避免上下桥臂直通，确保电路安全。
• 频率与占空比调节：PWM频率150kHz，占空比可调。

---

14.3.1 STM32CubeMX配置

1. 建立新工程

• 芯片型号：STM32F103C8T6；
• 项目命名：14 TIM_PWMN ；
• 主频：72MHz ；
• 调试接口：SWD。

2. 配置TIM1

1. 使能TIM1互补输出通道

①点击“Pinout & Configuration”标签页→②在左侧导航栏中点击“Timers”→③双击“TIM1”进行配置→④选择“Clock Source”为“Internal Clock”→⑤选择“Channle1”为“PWM Generation CH1 CH1N”→⑥将自动配置的“TIM1_CH1N”配置为PB13引脚。

2. 配置TIM1工作参数

• PSC：0；
• Counter Mode：Up；
• ARR：480、Pulse：200；
• Internal Clcok Division：No Division；
• Repetition Counter：0；
• Auto-reload preload：Disable；
• 其他参数保持不变。

3. 配置死区时间管理参数

• BRK State（刹车输入状态）：Disable；
• Automatic Output State（自动输出状态）：Disable、OSSR：Disable；
• OSSI：Disable；
• lock configuratio（写保护配置）Off；
• Dead Time（死区时间）：43。

4. 配置I2C1

5. 引脚分配与复用

• PA8自动配置为TIM1_CH1；
• PB13配置为TIM1_CH1N；
• PB9配置为I2C1_SDA；
• PB8配置为I2C1_SCL；
• 若引脚未自动分配或分配到其他引脚，需手动点击选择功能。

6. 生成代码

参考第4章，在“Project Manager”标签页中的“Code Generator”导航栏，勾选为每个外设生成单独的“.c”和“.h”文件的选项。 最后，点击“Project→Generate Code”或工具栏的齿轮图标，再或者按下“Ctrl+S”快捷键保存，生成工程代码。在弹出的对话框中勾选“Open project”选项，即可进入代码编辑界面。经过上述的操作，STM32CubeIDE软件配置基本完成。

---

14.3.2 高级定时器项目软件设计

1. 初始化函数（代码清单14‑2）

static void MX_TIM1_Init(void)
{
  // 定义并初始化定时器时钟配置结构体
  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  // 定义并初始化定时器主模式配置结构体
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
  // 定义并初始化定时器输出比较配置结构体
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
  // 定义并初始化定时器断路和死区时间配置结构体
  TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig = {0};
  htim1.Instance = TIM1; // 配置TIM1定时器的实例
  htim1.Init.Prescaler = 0; // 设置预分频器为0，表示时钟频率不分频
  // 设置计数器模式为向上计数
  htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim1.Init.Period = 480; // 设置自动重装载寄存器的值为480
  // 设置时钟分频为不分频
  htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  // 设置重复计数器的值为0（用于高级定时器）
  htim1.Init.RepetitionCounter = 0;
  // 禁用自动重装载预装载功能
 htim1.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }// 初始化定时器基础配置，如果初始化失败则调用错误处理函数
  // 配置定时器时钟源为内部时钟
  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim1, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }// 应用时钟源配置，如果配置失败则调用错误处理函数
  if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }// 初始化定时器的PWM模式，如果初始化失败则调用错误处理函数
  // 配置定时器的主模式，设置主输出触发为复位
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  // 禁用主从模式
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  if(HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim1, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }// 应用主模式配置，如果配置失败则调用错误处理函数
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; // 配置PWM模式为PWM模式1
  sConfigOC.Pulse = 200; // 设置PWM的脉冲宽度为200
  // 设置输出极性为高电平有效
  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  // 设置互补输出极性为高电平有效
  sConfigOC.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
  // 禁用输出比较快速模式
  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  // 设置输出空闲状态为复位状态
  sConfigOC.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_RESET;
  // 设置互补输出空闲状态为复位状态
  sConfigOC.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;
if(HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1,&sConfigOC,TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }// 配置TIM1的通道1为PWM输出，如果配置失败则调用错误处理函数
  // 配置断路和死区时间
  sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode = TIM_OSSR_DISABLE; 
// 禁用运行模式下的关闭状态
  sBreakDeadTimeConfig.OffStateIDLEMode = TIM_OSSI_DISABLE; 
// 禁用空闲模式下的关闭状态
  sBreakDeadTimeConfig.LockLevel = TIM_LOCKLEVEL_OFF; 
// 禁用锁定级别
  sBreakDeadTimeConfig.DeadTime = 43; // 设置死区时间为43个时钟周期
  sBreakDeadTimeConfig.BreakState = TIM_BREAK_DISABLE; 
// 禁用断路功能
  sBreakDeadTimeConfig.BreakPolarity = TIM_BREAKPOLARITY_HIGH; // 设置断路极性为高电平有效
  sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput = TIM_AUTOMATICOUTPUT_DISABLE; // 禁用自动输出功能
  if(HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&htim1,
&sBreakDeadTimeConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }// 应用断路和死区时间配置，如果配置失败则调用错误处理函数
  // 初始化定时器的MSP（MCU Specific Package）后处理
  HAL_TIM_MspPostInit(&htim1);
}

2. 主函数代码（代码清单14‑3）

在main函数的while(1)主循环前，通过HAL_TIM_Base_Start_IT( )启动TIM1的定时器中断，使用HAL_TIM_PWM_Start( )和HAL_TIMEx_PWMN_Start( )启动TIM1的PWM和PWMN输出。主循环中，程序不断调用OLED_NewFrame( )、OLED_PrintString( )和OLED_ShowFrame( )刷新OLED屏幕，显示指定字符串。

#include "font.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "oled.h"
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_TIM1_Init();
  MX_I2C1_Init();
  HAL_Delay(20);
  OLED_Init();
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);
  HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);
  while (1)
  {
    OLED_NewFrame();
    OLED_PrintString(1,1, message, &font16x16, OLED_COLOR_NORMAL);
    OLED_ShowFrame();
  }
}

3. 中断回调函数（代码清单14‑4）

在定时器更新中断回调函数中，变量counter为中断回调函数执行的次数，用于初步判断定时器频率是否正确，若每隔一秒发送一次，则定时器频率正确。由于int型是16为数据，最大值为65535，这里定义变量要用long int型，其为32位数据。

/* USER CODE BEGIN 0 */
long int counter=0; //1s计数变量
int i=0;
char message[20];
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) 
{
  if(htim == &htim1)                   //6.666us   150k
  {
    counter++;
    if(counter==150000)              //1s
    {
      counter=0;
      sprintf(message,"i:%d",i++);
    }
  }
}
/* USER CODE END 0 */

---

14.3.3 高级定时器项目下载验证

现象与步骤

1. 烧录程序：通过ST-LINK下载代码至开发板。
2. 示波器观测：
   • PA8（TIM1_CH1）：PWM波形，频率149.7kHz。
   • PB13（TIM1_CH1N）：互补PWM波形，死区时间约600ns。
3. OLED显示：每秒更新中断计数（如Count: 5）。

#

关键说明：

• 频率计算：
  $$ f_{\text{PWM}} = \frac{\text{CLK}}{(\text{PSC}+1) \times (\text{ARR}+1)} = \frac{72 \times 10^6}{(0+1) \times (480+1)} \approx 149.7 , \text{kHz} $$
• 死区时间：43个时钟周期对应约0.597ns（72MHz时钟）。
• 应用场景：适用于电机驱动、半桥/全桥电路等需避免直通的场景。