Complementary PWM и Push-Pull режимы на таймере 1 контроллеров STM32

Это скорее не статья, а развернутый ответ на сомнения моего уважаемого коллеги Lifelover 'а, которые он выражал в этом обсуждении относительно возможности реализации некоторых режимов ШИМ на таймерах контроллеров серии STM32.



Итак (орфография оригинала сохранена):

Да ладно. По фазе оно сколочно гвоздями краями или серединками и ничего с этим не сделаешь.

Попробуем что-нибудь сделать.

Для начала посмотрим, что нам вообще требуется. Я нарисовал картинку попонятнее, чтобы было яснее видно, в чем проблема.



В комплементарном режиме второй сигнал представляет собой инверсию первого, укороченную с учетом продолжительности защитного интервала (deadtime).

В двухтактном режиме сигналы выровнены друг относительно друга и изменяют коэффициент заполнения синхронно.

Теперь к реализации. Для проверки идей я использовал плату STM32-vldiscovery, базирующуюся на контроллере STM32F100RBT6B — datasheet, reference manual.

Комплементарный режим получается на одном канале. Чтобы получить такой сигнал, достаточно включить комплементарный канал (CC1NE в регистре CCER) и задать защитный интервал (константа DEADTIME, записываемая в младшие биты BDTR):

    //CH1: PWM mode with complementary output & deadtime
    TIM1->CCMR1=TIM_CCMR1_OC1M_2 | TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1PE;
    TIM1->CCER=TIM_CCER_CC1E | TIM_CCER_CC1NE;
    TIM1->BDTR=TIM_BDTR_MOE | DEADTIME;
    TIM1->CCR1=PWM_VALUE;
    TIM1->ARR=TMR_T;
    TIM1->CR1=TIM_CR1_ARPE;
    TIM1->CR1|=TIM_CR1_CEN;
    TIM1->EGR=TIM_EGR_UG;

Результат наблюдаем на выводах PA8 (прямой канал) и PB13 (комплементарный канал):

D<50%:



D>50%:



Теперь самое интересное: двухтактный режим! Увы, на одном канале его, действительно, реализовать нельзя. Для этого нужно использовать два канала из четырех доступных в таймере 1. Таймер при этом должен работать в режиме, который Atmel Microchip, например, называет phase-correct PWM — сначала счет идет вверх, потом вниз.

Первый канал сравнения надо инициализировать в режиме PWM 2, а второй — в режиме PWM 1 (или наоборот). Это и даст интересующий сдвиг сигналов по фазе. Ну а дальше включаем синхронное обновление значений регистров (OC1PE/OC2PE), сами выходы (CC1E/CC2E), и так далее. Самое главное — не забыть про MOE, без этого ничего не будет работать.



Простите, отвлекся.

Код инициализации таймера:

    //CH1: PWM mode 2, CH2: PWM mode 1, preload enabled on all channels
    TIM1->CCMR1=TIM_CCMR1_OC1M_2 | TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1M_0 | TIM_CCMR1_OC1PE | TIM_CCMR1_OC2M_2 | TIM_CCMR1_OC2M_1 | TIM_CCMR1_OC2PE;
    TIM1->CCER=TIM_CCER_CC1E | TIM_CCER_CC2E;
    TIM1->BDTR=TIM_BDTR_MOE;
    TIM1->CCR1=TMR_T - PWM_VALUE;
    TIM1->CCR2=PWM_VALUE;
    TIM1->ARR=TMR_T;
    TIM1->CR1=TIM_CR1_ARPE | TIM_CR1_CMS_1 | TIM_CR1_CMS_0;
    TIM1->CR1|=TIM_CR1_CEN;
    TIM1->EGR=TIM_EGR_UG;

Результат виден на выводах PA8 (первый канал) и PA9 (второй канал).

D<25%:



D>25%:



Полный код тестового проекта:

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32_ports.h"

#define TIM1_CH1N_PB        13
#define TIM1_CH1_PA         8
#define TIM1_CH2_PA         9

#define LED1_G_PC           9
#define LED2_B_PC           8

#define PWM_VALUE           20
#define TMR_T               200
#define DEADTIME            20

#define PP_MODE
//#define COMPL_MODE

void main(void)
{
    RCC->APB2ENR|=RCC_APB2ENR_IOPAEN | RCC_APB2ENR_IOPBEN | RCC_APB2ENR_IOPCEN | RCC_APB2ENR_TIM1EN;

    GPIOA->CRH=SET_CRH(TIM1_CH1_PA,M_OUT_50M,OUT_AF_PP) | SET_CRH(TIM1_CH2_PA,M_OUT_50M,OUT_AF_PP);
    GPIOB->CRH=SET_CRH(TIM1_CH1N_PB,M_OUT_50M,OUT_AF_PP);
    GPIOC->CRH=SET_CRH(LED1_G_PC,M_OUT_50M,OUT_GP_PP) | SET_CRH(LED2_B_PC,M_OUT_50M,OUT_GP_PP);

#ifdef PP_MODE
    //CH1: PWM mode 2, CH2: PWM mode 1, preload enabled on all channels
    TIM1->CCMR1=TIM_CCMR1_OC1M_2 | TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1M_0 | TIM_CCMR1_OC1PE | TIM_CCMR1_OC2M_2 | TIM_CCMR1_OC2M_1 | TIM_CCMR1_OC2PE;
    TIM1->CCER=TIM_CCER_CC1E | TIM_CCER_CC2E;
    TIM1->BDTR=TIM_BDTR_MOE;
    TIM1->CCR1=TMR_T - PWM_VALUE;
    TIM1->CCR2=PWM_VALUE;
    TIM1->ARR=TMR_T;
    TIM1->CR1=TIM_CR1_ARPE | TIM_CR1_CMS_1 | TIM_CR1_CMS_0;
    TIM1->CR1|=TIM_CR1_CEN;
    TIM1->EGR=TIM_EGR_UG;
#endif

#ifdef COMPL_MODE
    //CH1: PWM mode with complementary output & deadtime
    TIM1->CCMR1=TIM_CCMR1_OC1M_2 | TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1PE;
    TIM1->CCER=TIM_CCER_CC1E | TIM_CCER_CC1NE;
    TIM1->BDTR=TIM_BDTR_MOE | DEADTIME;
    TIM1->CCR1=PWM_VALUE;
    TIM1->ARR=TMR_T;
    TIM1->CR1=TIM_CR1_ARPE;
    TIM1->CR1|=TIM_CR1_CEN;
    TIM1->EGR=TIM_EGR_UG;
#endif

    while (1)
    {
    }
}