STM8S PWM互补输出加死区刹车配置指南
STM8S系列微控制器的高级控制定时器(TIM1)支持互补PWM输出、可编程死区时间和刹车功能，非常适合电机驱动、电源转换等应用。本文将详细介绍STM8S的PWM互补输出配置方法，包括死区时间和刹车功能的实现。
一、TIM1高级定时器概述
STM8S的TIM1定时器具有以下关键特性：
- 16位向上/向下计数器
- 4个独立通道（CH1-CH4）
- 支持互补输出（CH1N-CH3N）
- 可编程死区时间发生器
- 刹车输入功能（紧急关断）
- PWM模式1/2、输出比较、单脉冲模式等
二、互补输出与死区时间原理
1. 互补输出结构
TIM1_CH1 ────▶ 主输出
│
├───▶ CH1N (互补输出)
│
TIM1_CH2 ────▶ 主输出
│
├───▶ CH2N (互补输出)
│
TIM1_CH3 ────▶ 主输出
│
├───▶ CH3N (互补输出)
2. 死区时间作用
死区时间是在互补输出切换时插入的保护间隔，防止上下管同时导通造成短路：
理想波形： ┌─────┐ ┌─────┐
──┘ └──────┘ └──
实际波形： ┌──┐ ┌──┐ ┌──┐ ┌──┐
──┘ └──┘ └──────┘ └──┘ └──
↑ ↑ ↑ ↑
死区 死区 死区 死区
3. 刹车功能
当检测到故障信号（如过流）时，刹车电路立即关闭所有PWM输出，保护功率器件。
三、寄存器配置详解
1. 关键寄存器
| 寄存器 | 功能描述 | 地址偏移 |
|---|---|---|
| TIM1_CR1 | 控制寄存器1 | 0x00 |
| TIM1_CR2 | 控制寄存器2 | 0x01 |
| TIM1_SMCR | 从模式控制寄存器 | 0x02 |
| TIM1_ETR | 外部触发寄存器 | 0x03 |
| TIM1_IER | 中断使能寄存器 | 0x04 |
| TIM1_SR1 | 状态寄存器1 | 0x05 |
| TIM1_SR2 | 状态寄存器2 | 0x06 |
| TIM1_EGR | 事件产生寄存器 | 0x07 |
| TIM1_CCMR1 | 捕获/比较模式寄存器1 | 0x08 |
| TIM1_CCMR2 | 捕获/比较模式寄存器2 | 0x09 |
| TIM1_CCMR3 | 捕获/比较模式寄存器3 | 0x0A |
| TIM1_CCMR4 | 捕获/比较模式寄存器4 | 0x0B |
| TIM1_CCER1 | 捕获/比较使能寄存器1 | 0x0C |
| TIM1_CCER2 | 捕获/比较使能寄存器2 | 0x0D |
| TIM1_CNTRH | 计数器高8位 | 0x0E |
| TIM1_CNTRL | 计数器低8位 | 0x0F |
| TIM1_PSCRH | 预分频器高8位 | 0x10 |
| TIM1_PSCRL | 预分频器低8位 | 0x11 |
| TIM1_ARRH | 自动重装载高8位 | 0x12 |
| TIM1_ARRL | 自动重装载低8位 | 0x13 |
| TIM1_CCR1H | 捕获/比较1高8位 | 0x14 |
| TIM1_CCR1L | 捕获/比较1低8位 | 0x15 |
| TIM1_CCR2H | 捕获/比较2高8位 | 0x16 |
| TIM1_CCR2L | 捕获/比较2低8位 | 0x17 |
| TIM1_CCR3H | 捕获/比较3高8位 | 0x18 |
| TIM1_CCR3L | 捕获/比较3低8位 | 0x19 |
| TIM1_DTR | 死区时间寄存器 | 0x1C |
| TIM1_BKR | 刹车寄存器 | 0x1D |
| TIM1_OISR | 输出空闲状态寄存器 | 0x1E |
2. 死区时间计算
死区时间由TIM1_DTR寄存器控制：
死区时间 = (DTR[7:0] × t_TIM1_CLK)
其中t_TIM1_CLK是TIM1时钟周期
| DTR[7:0] | 死区时间 (t_TIM1_CLK单位) |
|---|---|
| 0x00 | 0 |
| 0x01 | 1 |
| 0x02 | 2 |
| … | … |
| 0xFF | 255 |
四、配置步骤与代码实现
1. 系统时钟配置
#include "stm8s.h"
void CLK_Config(void) {
CLK_DeInit();
CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV1); // 16MHz内部时钟
CLK_PeripheralClockConfig(CLK_PERIPHERAL_TIMER1, ENABLE);
}
2. GPIO配置
void GPIO_Config(void) {
// 主输出通道
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_1, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH1 -> PC1
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_2, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH2 -> PC2
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH3 -> PC3
// 互补输出通道
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_4, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH1N -> PC4
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_5, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH2N -> PC5
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_6, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH3N -> PC6
// 刹车输入 (BKIN) - 使用PA4
GPIO_Init(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT);
}
3. TIM1 PWM互补输出配置
void TIM1_PWM_Complementary_Init(void) {
// 1. 基本配置
TIM1_TimeBaseInit(159, TIM1_COUNTERMODE_UP, 999, 0);
// 预分频159 (16MHz/(159+1)=100kHz)
// 自动重载值999 (周期=10ms, 频率=100Hz)
// 2. 通道1配置 (PWM模式1)
TIM1_OC1Init(TIM1_OCMODE_PWM1,
TIM1_OUTPUTSTATE_ENABLE,
TIM1_OUTPUTNSTATE_ENABLE,
500, // 占空比50%
TIM1_OCPOLARITY_HIGH,
TIM1_OCNPOLARITY_HIGH,
TIM1_OCIDLESTATE_RESET,
TIM1_OCNIDLESTATE_RESET);
// 3. 通道2配置 (PWM模式1)
TIM1_OC2Init(TIM1_OCMODE_PWM1,
TIM1_OUTPUTSTATE_ENABLE,
TIM1_OUTPUTNSTATE_ENABLE,
300, // 占空比30%
TIM1_OCPOLARITY_HIGH,
TIM1_OCNPOLARITY_HIGH,
TIM1_OCIDLESTATE_RESET,
TIM1_OCNIDLESTATE_RESET);
// 4. 通道3配置 (PWM模式1)
TIM1_OC3Init(TIM1_OCMODE_PWM1,
TIM1_OUTPUTSTATE_ENABLE,
TIM1_OUTPUTNSTATE_ENABLE,
700, // 占空比70%
TIM1_OCPOLARITY_HIGH,
TIM1_OCNPOLARITY_HIGH,
TIM1_OCIDLESTATE_RESET,
TIM1_OCNIDLESTATE_RESET);
// 5. 死区时间配置 (2μs)
// 系统时钟16MHz, TIM1时钟100kHz, 1个计数=10μs
// 2μs ≈ 0.2个计数, 取DTR=2 (实际死区=2×10μs=20μs)
TIM1_DeadTimeConfig(TIM1_DEADTIME_2);
// 或使用直接赋值: TIM1->DTR = 0x02;
// 6. 刹车配置
TIM1_BreakConfig(TIM1_BREAK_ENABLE,
TIM1_BREAKPOLARITY_LOW,
TIM1_AUTOMATICOUTPUT_ENABLE);
// 7. 使能主输出
TIM1_CtrlPWMOutputs(ENABLE);
// 8. 启动定时器
TIM1_Cmd(ENABLE);
}
4. 完整示例代码
#include "stm8s.h"
// 系统时钟配置
void CLK_Config(void) {
CLK_DeInit();
CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV1); // 16MHz
CLK_PeripheralClockConfig(CLK_PERIPHERAL_TIMER1, ENABLE);
}
// GPIO配置
void GPIO_Config(void) {
// 主输出
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_1, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH1
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_2, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH2
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH3
// 互补输出
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_4, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH1N
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_5, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH2N
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_6, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH3N
// 刹车输入
GPIO_Init(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT);
}
// TIM1 PWM互补输出配置
void TIM1_PWM_Complementary_Init(void) {
// 时基配置: 预分频159 (100kHz), 向上计数, ARR=999 (100Hz)
TIM1_TimeBaseInit(159, TIM1_COUNTERMODE_UP, 999, 0);
// 通道1: PWM模式1, 50%占空比
TIM1_OC1Init(TIM1_OCMODE_PWM1,
TIM1_OUTPUTSTATE_ENABLE,
TIM1_OUTPUTNSTATE_ENABLE,
500,
TIM1_OCPOLARITY_HIGH,
TIM1_OCNPOLARITY_HIGH,
TIM1_OCIDLESTATE_RESET,
TIM1_OCNIDLESTATE_RESET);
// 通道2: PWM模式1, 30%占空比
TIM1_OC2Init(TIM1_OCMODE_PWM1,
TIM1_OUTPUTSTATE_ENABLE,
TIM1_OUTPUTNSTATE_ENABLE,
300,
TIM1_OCPOLARITY_HIGH,
TIM1_OCNPOLARITY_HIGH,
TIM1_OCIDLESTATE_RESET,
TIM1_OCNIDLESTATE_RESET);
// 通道3: PWM模式1, 70%占空比
TIM1_OC3Init(TIM1_OCMODE_PWM1,
TIM1_OUTPUTSTATE_ENABLE,
TIM1_OUTPUTNSTATE_ENABLE,
700,
TIM1_OCPOLARITY_HIGH,
TIM1_OCNPOLARITY_HIGH,
TIM1_OCIDLESTATE_RESET,
TIM1_OCNIDLESTATE_RESET);
// 死区时间: 2μs (DTR=2)
TIM1->DTR = 0x02; // 直接设置DTR寄存器
// 刹车配置: 使能, 低电平有效, 自动输出使能
TIM1->BKR = (uint8_t)0x8C; // BKE=1, BKP=0, AOE=1, MOE=1
// 使能主输出
TIM1_CtrlPWMOutputs(ENABLE);
// 启动定时器
TIM1_Cmd(ENABLE);
}
// 主函数
void main(void) {
CLK_Config();
GPIO_Config();
TIM1_PWM_Complementary_Init();
while(1) {
// 主循环中可动态更新占空比
// 例如: TIM1_SetCompare1(600); // 修改通道1占空比
}
}
参考代码 stm8s PWM互补输出加死区刹车 www.youwenfan.com/contentcns/183126.html
五、死区时间与刹车功能详解
1. 死区时间配置
// 方法1: 使用库函数
TIM1_DeadTimeConfig(TIM1_DEADTIME_2); // 预定义值
// 方法2: 直接设置DTR寄存器
TIM1->DTR = 0x0F; // 15个计数周期的死区时间
预定义死区时间选项：
| 宏定义 | 死区时间 (t_TIM1_CLK) |
|---|---|
| TIM1_DEADTIME_0 | 0 |
| TIM1_DEADTIME_1 | 1 |
| TIM1_DEADTIME_2 | 2 |
| … | … |
| TIM1_DEADTIME_15 | 15 |
| TIM1_DEADTIME_64 | 64 |
| TIM1_DEADTIME_128 | 128 |
| TIM1_DEADTIME_192 | 192 |
| TIM1_DEADTIME_254 | 254 |
2. 刹车功能配置
// 使能刹车功能
TIM1_BreakConfig(
TIM1_BREAK_ENABLE, // 使能刹车
TIM1_BREAKPOLARITY_LOW, // 低电平有效
TIM1_AUTOMATICOUTPUT_ENABLE // 自动恢复输出
);
// 手动触发刹车
TIM1->BKR |= TIM1_BKR_BKE; // 置位BKE位
刹车控制位：
- BKE: 刹车使能位
- BKP: 刹车极性位 (0=高有效, 1=低有效)
- OSSR: 运行状态下的关闭状态选择
- OSSI: 空闲状态下的关闭状态选择
- LOCK: 锁定配置位
- MOE: 主输出使能位
六、应用场景与注意事项
1. 典型应用场景
- H桥驱动：电机正反转控制
- 三相逆变器：无刷电机驱动
- 开关电源：半桥/全桥拓扑
- Class D放大器：高效音频放大
2. 设计注意事项
-
死区时间选择：
- 过小：可能导致上下管直通
- 过大：增加开关损耗，影响效率
- 经验公式：死区时间 ≈ 功率管关断延迟 + 驱动电路延迟
-
PCB布局：
- 功率回路尽量短
- 模拟地/数字地分开
- 去耦电容靠近MCU
-
热管理：
- 功率器件加散热片
- 避免连续满负荷运行
- 监测结温
-
保护功能：
- 过流保护（OCP）
- 过压保护（OVP）
- 欠压锁定（UVLO）
- 过热保护（OTP）
七、调试与故障排除
1. 常见问题排查表
| 问题现象 | 可能原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 无PWM输出 | 主输出未使能 | 检查TIM1_CtrlPWMOutputs(ENABLE) |
| 刹车激活 | 检查BKIN引脚状态，清除BKE位 | |
| 通道未使能 | 检查CCER寄存器的CCxE/CCxNE位 | |
| 占空比不正确 | ARR值错误 | 检查自动重装载值 |
| CCR值错误 | 检查捕获/比较寄存器 | |
| 预分频错误 | 检查PSC寄存器 | |
| 死区时间异常 | DTR值错误 | 检查死区时间寄存器 |
| 时钟配置错误 | 检查系统时钟和预分频 | |
| 互补输出不同步 | 配置不一致 | 检查所有通道的极性设置 |
| 死区时间过大 | 减小DTR值 | |
| 刹车不生效 | 配置错误 | 检查BKR寄存器配置 |
| 引脚未连接 | 检查BKIN引脚连接 |
2. 示波器测量要点
- 使用双通道同时测量主输出和互补输出
- 观察死区时间是否符合预期
- 检查上升/下降时间
- 验证刹车功能响应时间
- 测量开关损耗和效率
八、高级应用
1. 中心对齐模式
// 配置为中心对齐模式1
TIM1->CR1 |= TIM1_CR1_CMS_CENTERALIGNED1;
中心对齐模式特点：
- 计数器先递增后递减
- 减少EMI干扰
- 适合中大功率应用
2. 故障处理回调函数
// 刹车中断服务函数
INTERRUPT_HANDLER(TIM1_BRK_IRQHandler, 6) {
// 清除中断标志
TIM1->SR1 &= ~TIM1_SR1_BIF;
// 执行保护动作
ShutdownSystem();
// 记录故障信息
LogFaultEvent();
}
3. 动态死区调整
// 根据温度调整死区时间
void AdjustDeadTimeByTemp(int8_t temp) {
if(temp > 85) {
TIM1->DTR = 0x0F; // 高温时增大死区
} else {
TIM1->DTR = 0x05; // 正常死区
}
}
