在现代嵌入式系统中，脉冲宽度调制（PWM）技术被广泛应用于电机驱动、灯光调光、电源稳压等场景。小华半导体的 HC32F460 系列 32 位 ARM® Cortex®-M4 微控制器凭借其丰富的定时器资源，提供了灵活且高性能的 PWM 功能。本文将详细介绍 HC32F460 的 PWM 核心特性、关键模块及应用配置。
PWM 功能概述
HC32F460 系列通过多个专用定时器模块实现 PWM 功能，涵盖从基础到高级的各类 PWM 需求。其 PWM 系统具备以下核心优势：
多通道输出能力：支持多路独立 PWM 输出，满足复杂设备的多负载控制需求；
互补输出与死区控制：针对功率器件驱动场景，提供互补 PWM 输出及可编程死区时间，防止上下桥臂直通；
灵活的波形控制：支持锯齿波、三角波等多种调制波形，可动态调整周期和占空比；
硬件同步与缓存功能：支持多定时器同步工作，通过缓存机制实现 PWM 参数的无间断更新；
故障保护机制：结合紧急刹车（EMB）模块，可在故障时快速关闭 PWM 输出，提升系统安全性。
HC32F460 的 PWM 功能主要由三类定时器模块实现：高级控制定时器（Timer6）、电机 PWM 定时器（Timer4）和通用定时器（TimerA），各模块针对不同应用场景优化设计。
核心定时器模块的 PWM 特性
高级控制定时器（Timer6）
Timer6 是 HC32F460 中功能最丰富的 PWM 模块，主要面向高精度电机控制等场景，其 PWM 核心特性如下：
输出能力：每个 Timer6 支持 6 路互补 PWM 输出，可配置为 3 组互补通道，满足三相电机驱动需求；
波形模式：支持锯齿波（递增计数）和三角波（递增 / 递减计数）两种调制模式。在三角波模式下，可生成对称 PWM 波形，降低谐波失真；
死区控制：通过死区时间基准值寄存器（TMR6_DTUxAR、TMR6_DTUxBR）可精确设置互补输出的死区时间，范围支持纳秒级到毫秒级调整，适应不同功率器件的开关特性；
缓存功能：具备双缓存机制，可在当前周期结束后自动加载新的周期值和比较值，实现 PWM 参数的无缝更新，避免波形突变导致的系统冲击；
同步与触发：支持硬件同步功能，可与其他定时器或外部信号同步，确保多通道 PWM 的相位一致性；同时支持外部触发启动 / 停止 PWM 输出，增强系统灵活性。
Timer6 的 PWM 输出配置通过端口控制寄存器（TMR6_PCONR） 实现，可设置输出极性、空闲状态等参数；通过通用比较基准值寄存器（TMR6_GCMAR-GCMFR） 设定比较值，进而控制 PWM 占空比。
电机 PWM 定时器（Timer4）
Timer4 专为多相电机驱动设计，聚焦高集成度和可靠性，其 PWM 特性包括：
通道规模：每个 Timer4 支持 6 路 PWM 输出，3 个 Timer4 模块可提供 18 路互补 PWM 输出，满足多相电机或多电机控制场景；
灵活的调制模式：支持锯齿波和三角波调制，可通过通用模式控制寄存器（TMR4_OCMRm） 配置输出波形的边沿对齐或中心对齐模式；
周期间隔响应：支持基于周期匹配的中断或事件输出，可用于同步 ADC 采样、电流检测等外设动作，提升电机控制的闭环精度；
故障保护集成：与 EMB 模块深度联动，当检测到过流、过压等故障时，可快速将 PWM 输出置为高阻或预设安全状态，保护功率器件。
在三相互补 PWM 应用中，Timer4 的死区控制寄存器（TMR4_PDAxBRn） 可精准设置上下桥臂的死区时间，配合紧急刹车控制寄存器（TMR4_ECSR） 实现故障下的安全关断。
通用定时器（TimerA）
TimerA 提供基础但灵活的 PWM 功能，适用于灯光调光、阀门控制等场景，其核心特性如下：
多通道独立控制：每个 TimerA 支持 8 路 PWM 输出，6 个 TimerA 模块可提供 48 路独立 PWM 通道，每路 PWM 占空比可单独调节；
简单波形生成：基于锯齿波或三角波计数模式，通过比较基准值寄存器（TMRA_CMPAR1~8） 设定比较值，实现占空比 0%~100% 的连续调节；
低功耗优化：支持在低功耗模式下运行，可通过外部触发或定时器同步唤醒，适合电池供电设备的节能需求。
PWM 关键技术特性
死区时间配置
死区时间是功率电子应用中保障安全的关键参数。HC32F460 通过专用寄存器实现高精度死区控制：
Timer6 的死区时间由TMR6_DTUxAR和TMR6_DTUxBR寄存器设定，计算公式为：死区时间 = 基准值 × 定时器时钟周期；
Timer4 通过TMR4_PDAxBRn寄存器配置死区，支持对称和非对称死区模式，适应不同类型的功率管特性。
合理设置死区时间可避免上下桥臂同时导通导致的电源短路，典型值需根据功率器件的开关速度（如 MOSFET 的栅极延迟）确定。
波形同步与联动
HC32F460 支持多 PWM 通道的同步与联动，提升系统协同性：
硬件同步：通过 Timer6 的同步控制寄存器可实现多个 Timer6 模块的相位同步，确保多轴电机驱动的一致性；
事件触发：PWM 周期匹配事件可触发 ADC 转换、DMA 传输等动作，例如在电机控制中，可同步采集相电流信号，实现闭环控制；
外部同步输入：支持通过外部引脚（如编码器信号）触发 PWM 相位调整，适应动态负载变化。
动态参数更新
为实现 PWM 参数的无扰动调整，HC32F460 采用缓存机制：
Timer6 的缓存控制寄存器（TMR6_BCONR） 可配置周期值和比较值的缓存使能，新参数在当前周期结束后自动生效；
Timer4 的OCCR 缓冲数据传输功能支持在周期间隔响应时更新比较值，确保波形平滑过渡。
故障保护机制
结合紧急刹车（EMB）模块，PWM 系统可实现多层级故障保护：
外部故障检测：当 EMB 模块检测到外部引脚电平异常（如过流信号），可立即将 PWM 输出置为高阻状态；
振荡器故障保护：外部高速振荡器异常停振时，EMB 可触发 PWM 输出关闭，防止因时钟异常导致的输出失控；
软件强制刹车：通过写EMB_SOEx 寄存器可软件强制关闭 PWM 输出，用于系统调试或紧急停机场景。
PWM 配置流程
以 Timer6 生成三相互补 PWM 为例，典型配置步骤如下：
时钟初始化：通过时钟控制器（CMU）配置 Timer6 的时钟源（如 MPLL 分频），确保时钟频率满足 PWM 精度需求；
定时器基础配置：设置TMR6_GCONR寄存器选择计数模式（锯齿波 / 三角波）、使能自动重载等功能；
周期与比较值设置：写入TMR6_PERAR设定 PWM 周期（周期 = (PERAR值 + 1) × 时钟周期），通过TMR6_GCMAR设置比较值（占空比 = 比较值 / 周期值）；
死区配置：在TMR6_DTUxAR和TMR6_DTUxBR中设置死区时间，根据功率器件参数调整；
输出使能：通过TMR6_PCONR配置 PWM 输出引脚、极性及空闲状态，置位输出使能位；
启动定时器：置位TMR6_GCONR的计数使能位，开始生成 PWM 波形。
应用场景
HC32F460 的 PWM 功能可满足多领域应用需求：
电机驱动：通过 Timer6/Timer4 的三相互补 PWM 输出，配合死区控制和同步采样，实现无刷直流电机（BLDC）、永磁同步电机（PMSM）的精准驱动；
电源管理：利用 TimerA 的多路独立 PWM，实现开关电源的多通道电压调节或 LED 阵列的调光控制；
工业控制：通过 PWM 的硬件同步功能，实现多轴运动控制或精密阀门的比例调节。
示例代码
基于ddl库的timerA定时器输出PWM
#ifndef __IPWM_H__
#define __IPWM_H__
#include "hc32_ll.h"
#include "hc32f460.h"
#define TMRA_PWM_UNIT CM_TMRA_4 // TMRA 单元
#define TMRA_PWM_CH TMRA_CH3 // PWM 通道
#define TMRA_PWM_PERIOD_VALUE 9999UL // PWM 周期值（0~9999）
#define TMRA_PCLK2_FREQ 100000000UL // PCLK1 时钟频率（100MHz）
#define TMRA_PWM_PORT GPIO_PORT_B // 输出端口：PB8
#define TMRA_PWM_PIN GPIO_PIN_08 // 输出引脚
#define TMRA_PWM_FUNC GPIO_FUNC_4 // PB8 复用为 TMRA4_CH3
#define PWC_FCG2_PERIPH_GPIOB GPIO_PORT_B // GPIOB 时钟使能位
#define PWC_FCG2_PERIPH_TMRA4 FCG2_PERIPH_TMRA_4 // TMRA4 时钟使能位
int32_t iTMRA_PWM_Init(uint32_t u32FreqHz);
void TMRA_PWM_Start(void);
int32_t TMRA_PWM_SetDuty(uint8_t u8Duty);
#endif /* __IPWM_H__ */
#include "ipwm.h"
static void TMRA_PWM_GpioInit(void)
{
stc_gpio_init_t stcGpioInit;
// 解锁GPIO寄存器
GPIO_REG_Unlock();
// 使能GPIOB时钟（使用修正后的宏）
FCG_Fcg2PeriphClockCmd(PWC_FCG2_PERIPH_GPIOB, ENABLE);
// 初始化GPIO结构体
(void)GPIO_StructInit(&stcGpioInit);
stcGpioInit.u16PinDir = PIN_DIR_OUT; // 输出方向
stcGpioInit.u16PinOutputType = PIN_OUT_TYPE_CMOS; // CMOS推挽输出
stcGpioInit.u16PinDrv = PIN_MID_DRV; // 中等驱动能力
stcGpioInit.u16PinAttr = PIN_ATTR_DIGITAL; // 数字引脚
(void)GPIO_Init(TMRA_PWM_PORT, TMRA_PWM_PIN, &stcGpioInit);
// 配置引脚复用功能（使用正确的功能号）
GPIO_SetFunc(TMRA_PWM_PORT, TMRA_PWM_PIN, TMRA_PWM_FUNC);
// 锁定GPIO寄存器
GPIO_REG_Lock();
}
int32_t iTMRA_PWM_Init(uint32_t u32FreqHz)
{
stc_tmra_init_t stcTmraInit;
stc_tmra_pwm_init_t stcPwmInit;
uint32_t u32ClockDiv; // 分频系数
const uint32_t u32DivMap[] = {1, 2, 4, 8, 16, 32, 64}; // 标准分频值
// 初始化GPIO
TMRA_PWM_GpioInit();
// 使能TMRA4时钟
FCG_Fcg2PeriphClockCmd(PWC_FCG2_PERIPH_TMRA4, ENABLE);
// 使能AOS时钟（如需事件触发，可选）
// FCG_Fcg0PeriphClockCmd(FCG0_PERIPH_AOS, ENABLE);
/* 计算并修正分频系数为标准值 */
u32ClockDiv = TMRA_PCLK2_FREQ / (u32FreqHz * (TMRA_PWM_PERIOD_VALUE + 1UL));
if (u32ClockDiv == 0UL)
{
u32ClockDiv = TMRA_CLK_DIV1; // 最小分频为1
}
else
{
uint8_t i;
// 找到不小于计算值的最小标准分频
for (i = 0; i < sizeof(u32DivMap) / sizeof(u32DivMap[0]); i++)
{
if (u32DivMap[i] >= u32ClockDiv)
{
u32ClockDiv = i << TMRA_BCSTR_CKDIV_POS; // 转换为库要求的位偏移格式
break;
}
}
// 检查是否超出最大分频
if (i >= sizeof(u32DivMap) / sizeof(u32DivMap[0]))
{
FCG_Fcg2PeriphClockCmd(PWC_FCG2_PERIPH_TMRA4, DISABLE);
return LL_ERR_INVD_PARAM;
}
}
/* 初始化TMRA定时器（使用计算后的分频值） */
(void)TMRA_StructInit(&stcTmraInit);
stcTmraInit.u8CountSrc = TMRA_CNT_SRC_SW; // 软件时钟源
stcTmraInit.sw_count.u16CountMode = TMRA_MD_SAWTOOTH; // 锯齿波模式（向上计数）
stcTmraInit.sw_count.u16CountDir = TMRA_DIR_UP; // 向上计数
stcTmraInit.sw_count.u16ClockDiv = u32ClockDiv; // 使用计算后的分频值（修正冲突）
stcTmraInit.u32PeriodValue = TMRA_PWM_PERIOD_VALUE; // 周期值
if (TMRA_Init(TMRA_PWM_UNIT, &stcTmraInit) != LL_OK)
{
FCG_Fcg2PeriphClockCmd(PWC_FCG2_PERIPH_TMRA4, DISABLE);
return LL_ERR_INVD_PARAM;
}
/* 初始化PWM输出 */
(void)TMRA_PWM_StructInit(&stcPwmInit);
stcPwmInit.u32CompareValue = 0; // 初始比较值
stcPwmInit.u16StartPolarity = TMRA_PWM_HIGH; // 启动时高电平
stcPwmInit.u16StopPolarity = TMRA_PWM_LOW; // 停止时低电平
stcPwmInit.u16CompareMatchPolarity = TMRA_PWM_LOW; // 比较匹配时低电平
stcPwmInit.u16PeriodMatchPolarity = TMRA_PWM_HIGH; // 周期匹配时高电平
if (TMRA_PWM_Init(TMRA_PWM_UNIT, TMRA_PWM_CH, &stcPwmInit) != LL_OK)
{
FCG_Fcg2PeriphClockCmd(PWC_FCG2_PERIPH_TMRA4, DISABLE);
return LL_ERR_INVD_PARAM;
}
// 使能PWM输出
TMRA_PWM_OutputCmd(TMRA_PWM_UNIT, TMRA_PWM_CH, ENABLE);
return LL_OK;
}
void TMRA_PWM_Start(void)
{
TMRA_Start(TMRA_PWM_UNIT); // 启动定时器
}
/* 占空比设置函数 */
int32_t TMRA_PWM_SetDuty(uint8_t u8Duty)
{
uint32_t u32CompareValue;
// 限制占空比范围（0~100）
if (u8Duty > 100)
{
return LL_ERR_INVD_PARAM;
}
// 核心逻辑：占空比=高电平时间占比 → 100%时高电平，0%时低电平全周期
u32CompareValue = (TMRA_PWM_PERIOD_VALUE * u8Duty) / 100;
TMRA_SetCompareValue(TMRA_PWM_UNIT, TMRA_PWM_CH, u32CompareValue);
return LL_OK;
}
总结
HC32F460 系列微控制器凭借 Timer6、Timer4、TimerA 等模块的协同工作，构建了完整的 PWM 解决方案。其丰富的输出通道、灵活的波形控制、精准的死区调节及可靠的故障保护机制，使其在电机驱动、电源管理等场景中具备显著优势。通过合理配置寄存器和利用硬件特性，工程师可快速实现高性能 PWM 应用，满足不同场景的精度与可靠性需求。
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版权声明：本文为CSDN博主「时光呀时光慢慢走」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/XdaDC/article/details/150610959
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