一、引言
STM32F407 微控制器属于意法半导体 STM32F4 系列，其丰富的外设资源为各类应用开发提供了强大支持。高级定时器作为其中重要的外设之一，具有诸多高级特性，如生成带死区控制的互补 PWM 信号、支持单脉冲模式输出、具备刹车输入功能等，广泛应用于电机控制、电源管理、通信等领域。本指南将详细介绍 STM32F407 高级定时器的使用开发，涵盖原理介绍、硬件连接、软件编程等方面内容。
二、STM32F407 高级定时器概述
2.1 定时器功能架构
STM32F407 有两个高级定时器 TIM1 和 TIM8。每个高级定时器包含一个 16 位自动重载计数器（CNT），该计数器可向上、向下或向上 / 向下计数，具体计数模式由控制寄存器配置。定时器的时钟源可以是内部时钟（CK_INT）、外部时钟模式 1（ETR 引脚）、外部时钟模式 2（TIx 引脚）或者内部触发输入（ITRx）。此外，还包括多个捕获 / 比较通道，可用于产生 PWM 输出、输入捕获、输出比较等功能。
2.2 主要特性
灵活的计数模式：向上计数模式下，计数器从 0 开始递增，直至达到自动重载值（ARR）后产生溢出事件；向下计数模式与之相反；中心对齐模式下，计数器在 0 和 ARR 之间往复计数，适用于生成对称 PWM 信号。
PWM 生成能力：高级定时器能够生成带死区控制的互补 PWM 信号，这对于驱动半桥、全桥等功率电路至关重要。死区时间可通过相关寄存器精确配置，以防止上下桥臂直通。
刹车功能：通过刹车输入引脚（BKIN），可以快速关闭 PWM 输出，实现安全保护功能。例如在电机控制中，当检测到过流、过热等异常情况时，可利用刹车功能迅速停止电机运行。
捕获 / 比较功能：支持输入捕获功能，可用于测量外部信号的频率、脉宽等参数；输出比较功能可用于控制外部引脚的电平状态，实现精确的时间控制。
三、硬件连接
以使用 TIM1 的 PWM 输出功能驱动一个简单的直流电机为例，介绍硬件连接方法。假设电机驱动芯片需要两路互补的 PWM 信号，分别连接到电机的正负极控制端。
电源连接：将 STM32F407 开发板的电源引脚（VDD、VSS）正确连接到稳定的电源，确保芯片正常工作。一般 VDD 为 3.3V，VSS 接地。
定时器引脚连接：
TIM1 的通道 1（PA8）和通道 1N（PB13）分别连接到电机驱动芯片的对应 PWM 输入引脚。PA8 输出正常的 PWM 信号，PB13 输出互补的 PWM 信号。
刹车输入引脚（BKIN，假设使用 PA11），如果需要实现刹车功能，可将其连接到一个外部信号源，例如过流保护电路的输出信号。当该引脚检测到有效刹车信号时，TIM1 会立即停止 PWM 输出。
其他连接：根据电机驱动芯片的要求，连接相应的使能引脚、电源引脚等。确保整个硬件系统的电气连接正确、稳定，避免出现短路、断路等问题。
四、软件编程
4.1 开发环境搭建
本示例使用 Keil MDK 作为开发环境。首先安装 Keil MDK 软件，确保支持 STM32F4 系列芯片开发。然后创建一个新的工程，选择 STM32F407 芯片型号，并添加相应的启动文件、系统时钟配置文件等。同时，确保工程中包含 STM32F4 的标准库文件，这些库文件提供了对芯片外设操作的函数接口。
4.2 初始化定时器
使能定时器时钟：
在使用高级定时器之前，需要使能其时钟。对于 TIM1，可通过以下代码实现：
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
这段代码使能了 TIM1 所在的 APB2 总线上的时钟。
定时器基本参数配置：
设置定时器的计数模式、预分频器、自动重载值等参数。假设我们希望定时器以向上计数模式工作，时钟频率为 168MHz，经过预分频后得到 1MHz 的计数时钟，自动重载值为 999，以产生 1kHz 的 PWM 信号。代码如下：
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 167;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);
其中，TIM_Period设置自动重载值，TIM_Prescaler设置预分频系数（167 表示将 168MHz 时钟分频为 1MHz），TIM_ClockDivision用于设置时钟分频因子（这里设为 0），TIM_CounterMode设置计数模式为向上计数。
PWM 模式配置：
配置定时器的 PWM 模式，包括 PWM 输出通道、极性、占空比等参数。以配置 TIM1 的通道 1 为例，设置 PWM 模式 1，高电平有效，占空比为 50%。代码如下：
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 499;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
TIM_OCMode设置为 PWM 模式 1；TIM_OutputState和TIM_OutputNState分别使能通道 1 和通道 1N 的输出；TIM_Pulse设置占空比（499 表示 50% 占空比，因为 ARR 为 999）；TIM_OCPolarity和TIM_OCNPolarity设置输出极性为高电平有效；TIM_OCIdleState和TIM_OCNIdleState设置空闲状态下的输出电平。
死区时间配置：
如果需要使用带死区控制的互补 PWM 输出，还需配置死区时间。假设设置死区时间为 10us，根据 1MHz 的计数时钟，计算得到死区时间对应的计数值为 10。代码如下：
TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_OFF;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = 10;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Enable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_High;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Enable;
TIM_BDTRConfig(TIM1, &TIM_BDTRInitStructure);
TIM_OSSRState和TIM_OSSIState分别控制在运行模式和空闲模式下的互补输出；TIM_LOCKLevel设置锁定级别；TIM_DeadTime设置死区时间；TIM_Break和TIM_BreakPolarity配置刹车功能；TIM_AutomaticOutput控制自动输出使能。
使能定时器：
完成上述配置后，使能定时器开始工作：
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
4.3 运行与调试
将编写好的代码编译下载到 STM32F407 开发板中。使用示波器连接到 TIM1 的通道 1（PA8）和通道 1N（PB13）引脚，观察输出的 PWM 信号。检查信号的频率是否为 1kHz，占空比是否为 50%，互补信号之间的死区时间是否符合预期。如果发现信号异常，可通过以下方法进行调试：
单步调试：在 Keil MDK 中使用单步执行功能，逐步检查代码的执行流程，查看定时器相关寄存器的配置值是否正确。
变量监视：监视定时器的关键变量，如计数值（CNT）、自动重载值（ARR）、预分频值（PSC）等，观察在程序运行过程中这些变量的变化是否符合预期。
硬件检查：仔细检查硬件连接是否正确，确保引脚连接无误，电源供应稳定，电机驱动芯片工作正常。
五、应用案例拓展
5.1 电机调速控制
在上述直流电机驱动的基础上，可以通过改变 PWM 信号的占空比来实现电机的调速。例如，在程序中添加一个变量用于控制占空比，通过串口通信或者按键输入等方式接收外部指令，动态调整该变量的值，进而改变 PWM 信号的占空比，实现电机转速的调节。代码如下：
uint16_t dutyCycle = 499; // 初始占空比为50%
// 根据接收到的指令更新占空比
void UpdateDutyCycle(uint16_t newDuty) {
if (newDuty <= 999) {
dutyCycle = newDuty;
TIM_SetCompare1(TIM1, dutyCycle);
}
}
5.2 多轴同步控制
在多轴运动控制系统中，需要多个高级定时器协同工作，实现多轴的同步运动。例如，在一个双轴机械臂控制系统中，使用 TIM1 控制一个电机，TIM8 控制另一个电机。通过配置两个定时器的时钟源为相同的内部时钟，并且设置相同的计数模式、预分频值和自动重载值，同时启动两个定时器，即可实现两个电机的同步运行。在实际应用中，还可能需要根据机械臂的运动轨迹，动态调整两个定时器的 PWM 占空比，以实现精确的运动控制。
六、总结
通过本指南，我们详细介绍了 STM32F407 高级定时器的使用开发过程。从定时器的原理、硬件连接，到软件编程中的初始化配置、运行调试，以及最后的应用案例拓展，全面展示了如何利用高级定时器实现各种功能。在实际开发中，开发者可以根据具体的应用需求，灵活配置高级定时器的各项参数，充分发挥其强大的功能，为各类嵌入式系统开发提供有力支持。同时，在开发过程中要注意硬件连接的可靠性和软件编程的准确性，通过合理的调试方法确保系统的稳定运行。
————————————————
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/m0_75187370/article/details/147132905
|
楼主
标题置顶
标题高亮
