單脈沖輸出模式是定時(shí)器比較輸出應(yīng)用中的一種特殊情況或者特殊應(yīng)用，是一種特殊的PWM輸出模式。既然這么說(shuō)，要想了解單脈沖模式話題，我們就有必要先對(duì)比較輸出功能，尤其是PWM輸出模式有所了解。

比較輸出【Compare Output】功能：定時(shí)器通過(guò)對(duì)預(yù)設(shè)的比較值與計(jì)數(shù)器的值做匹配比較之后，依據(jù)比較結(jié)果結(jié)合相應(yīng)的輸出模式從而實(shí)現(xiàn)各類輸出。如PWM輸出、電平翻轉(zhuǎn)、單脈沖輸出、強(qiáng)制輸出等。一般來(lái)講，STM32的通用定時(shí)期和高級(jí)定時(shí)器都具有輸入捕獲、比較輸出功能，不同的定時(shí)器可能通道數(shù)量上有差異。

這里提到的比較值就是指放在CCR寄存器中的值，計(jì)數(shù)器的值當(dāng)然就是CNT寄存器的值。一般來(lái)講，在計(jì)數(shù)過(guò)程中，CNT寄存器的值往往是連續(xù)動(dòng)態(tài)變化并呈現(xiàn)周期性，其變化規(guī)律跟我們?cè)O(shè)置的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模式有關(guān)，比如向上計(jì)數(shù)模式、向下計(jì)數(shù)模式或者中心對(duì)齊計(jì)數(shù)模式等。這里的比較結(jié)果無(wú)非三種情況：

圖[1]

①CCR = CNT ②CCR > CNT ③CCR < CNT

那輸出模式呢？基本的比較輸出模式有3種：【這里是說(shuō)的基本的，有些STM32系列的定時(shí)器輸出模式已做了拓展】

1、強(qiáng)制輸出模式；

2、匹配輸出模式

3、PMW輸出模式

圖[2]

結(jié)合上表我們不難看出:

強(qiáng)制輸出模式；無(wú)視比較結(jié)果，直接根據(jù)配置指令輸出相應(yīng)電平；

匹配輸出模式：只關(guān)注CCR=CNT值的時(shí)候，做相應(yīng)電平的輸出；

PWM輸出模式：根據(jù)CCR是小于CNT還是CCR不小于CNT的比較結(jié)果做不同的輸出；

[各種模式輸出特性細(xì)節(jié)可以看看上面表格】

比較輸出的大致流程以及幾個(gè)術(shù)語(yǔ)【OCxREF 、OCx 、輸出極性】

圖[3]

上面提到的輸出信號(hào)，其中多次提到有效信號(hào)，無(wú)效信號(hào)，是指比較輸出控制器輸出的信號(hào)，我們稱之為中間參考信號(hào)，即OcxREF信號(hào)。該OCxREF源于輸出模式控制器，并硬件約定高電平為有效信號(hào)，低電平為無(wú)效信號(hào)。它經(jīng)過(guò)極性選擇后，再經(jīng)輸出控制電路輸出到芯片管腳Ocx端。當(dāng)極性選擇位CCxP=0時(shí)，高電平作為Ocx的有效輸出信號(hào)，當(dāng)CCxP=1時(shí)，低電平作為Ocx的有效輸出。 或者說(shuō)，當(dāng)極性選擇位CCxP=0時(shí)，Ocx輸出與OcxREF信號(hào)同相；當(dāng)CCxP=1時(shí)，Ocx輸出與OcxREF信號(hào)反相；

下圖是當(dāng)CCxP=0時(shí) Ocx 與 OcxRef信號(hào)的相位情況【二者同相】

圖[4]

下圖是當(dāng)CCxP=1時(shí) Ocx 與 OcxRef信號(hào)的相位情況【二者反相】

圖[5]

也就是說(shuō)，OCXref信號(hào)只是個(gè)中間參考信號(hào)，并非最終輸出信號(hào)。最終輸出端OCX的active state【有效狀態(tài)】/inactive state【無(wú)效狀態(tài)】所對(duì)應(yīng)的電平取決于極性選擇控制位CCxP/CCxNP。

當(dāng)然，如果是高級(jí)定時(shí)器的互補(bǔ)輸出，最后的輸出波形形狀除了與極性選擇有關(guān)外，輸出波形還跟插入的死區(qū)有關(guān)。即對(duì)于互補(bǔ)輸出時(shí) Ocx =OCxREF + 極性 + 死區(qū)

PWM比較輸出模式實(shí)現(xiàn)原理及相應(yīng)波形

前面已經(jīng)說(shuō)了，單脈沖輸出模式是一種特殊的PWM輸出模式。這里我們重點(diǎn)看看PWM輸出模式的實(shí)現(xiàn)原理及相應(yīng)輸出特性。

從前面介紹中我們了解到PWM輸出模式可以分兩種，即PMW模式1與模式2，結(jié)合不同的計(jì)數(shù)模式可以實(shí)現(xiàn)多種輸出組合。我們不妨以PWM模式1、計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)、極性選擇高有效【CCxP=0】為例來(lái)看看比較輸出過(guò)程中輸出PWM波形的實(shí)現(xiàn)原理。

圖[6]

上面圖【6】由兩部分組成，上面部分是計(jì)數(shù)器周期性計(jì)數(shù)的示意圖。深紅色斜線表示計(jì)數(shù)器從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，記到ARR后重裝，再重新計(jì)數(shù)，這樣循環(huán)。下面綠色方波是依據(jù)PWM模式1基于某個(gè)CCR值經(jīng)過(guò)比較輸出而得到PWM波形。

根據(jù)上面介紹，我們知道在PWM輸出模式1的前提下，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值小于CCR的值時(shí)輸出有效電平，即高電平，當(dāng)計(jì)數(shù)器值大于或等于CCR的值時(shí)輸出無(wú)效電平，即低電平。由于計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)會(huì)發(fā)生周期性地溢出和重裝，使得計(jì)數(shù)器的值可以周期性地循環(huán)計(jì)數(shù)，當(dāng)CCR的值固定的時(shí)候，CNT與CCR的值二者的比較結(jié)果也往往呈現(xiàn)出周期性，此時(shí)也就輸出規(guī)律性、周期性的PWM波形。

不難理解，當(dāng)我們修改CCR的值，其它不動(dòng)的時(shí)候，PWM輸出波形會(huì)相應(yīng)變化。

圖[7]

圖【7】的波形是在圖【6】的基礎(chǔ)上講CCR值往上調(diào)大以后所得到的比較輸出波形。

看到這里，我們不禁會(huì)想：既然PWM輸出模式的輸出結(jié)果取決于CCR與CNT的比較結(jié)果的周期性變化，那么，當(dāng)我們把CCR的值設(shè)置為0或者比ARR的值還大的時(shí)候，此時(shí)CCR與CNT的比較結(jié)果將不再變化，因?yàn)檫@里CNT的值不可能比0還小或比ARR還大。此時(shí)，自然就不會(huì)有變化的PWM波形輸出，而是輸出固定的電平，具體什么電平取決于CCR與CNT的比較結(jié)果與當(dāng)前所選擇的PWM輸出模式。

不妨用個(gè)具體的案例來(lái)理解。比如，在PWM模式1的前提下：

當(dāng)CCR=0時(shí)，由于計(jì)數(shù)器CNT的值永遠(yuǎn)不會(huì)小于CCR,此時(shí)將始終輸出無(wú)效電平。

當(dāng)CCR=ARR+n【N不小于1】時(shí)，因CNT的值總小于CCR的值，此時(shí)始終輸出有效電平。

上面主要是基于PWM輸出模式1、計(jì)數(shù)器向上計(jì)數(shù)模式來(lái)理解定時(shí)器比較輸出中的PWM輸出原理。至于PWM輸出模式1、計(jì)數(shù)器向下計(jì)數(shù)模式或者PWM輸出模式2等其它情形，我們可以結(jié)合STM32參考手冊(cè)自行分析。

結(jié)合上面的分析，我們不難看出，定時(shí)器之所以能輸出PWM波形，原因在于定時(shí)器的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)的動(dòng)態(tài)連續(xù)性和周期性，具體到這里，從0開(kāi)始計(jì)數(shù)到ARR,溢出重裝，再?gòu)?開(kāi)始從新計(jì)數(shù)，循環(huán)往復(fù)，導(dǎo)致計(jì)數(shù)器與CCR的比較結(jié)果也具有周期性，從而產(chǎn)生周期性的PWM輸出。

根據(jù)定時(shí)器時(shí)基單元相關(guān)介紹，我們知道計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)發(fā)生溢出后，可以觸發(fā)更新事件。對(duì)于通用定時(shí)器，每次溢出都可以產(chǎn)生更新事件；對(duì)于高級(jí)定時(shí)器，每發(fā)生RCR+1次溢出就可以產(chǎn)生更新事件。

如果說(shuō)，在PWM輸出模式下，當(dāng)定時(shí)器發(fā)生溢出產(chǎn)生更新事件時(shí)，通過(guò)硬件機(jī)制令計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，既然計(jì)數(shù)器被停止計(jì)數(shù)了，計(jì)數(shù)器【CNT】的值將不再變化，之后的CNT與CCR的比較結(jié)果將維持不變，自然也就沒(méi)有后續(xù)變化的的PWM波形輸出了。這時(shí)我們就可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)或幾個(gè)PWM脈沖的輸出了。

基于上述原理或應(yīng)用場(chǎng)景，便衍生出了單脈沖輸出模式。所以，我們說(shuō)單脈沖輸出模式是一種特殊的PWM輸出模式。

單脈沖輸出模式的實(shí)現(xiàn)原理：計(jì)數(shù)器啟動(dòng)后，在更新事件來(lái)臨之前的時(shí)間段內(nèi)實(shí)現(xiàn)一定個(gè)數(shù)的脈沖輸出，當(dāng)發(fā)生更新事件時(shí)計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，導(dǎo)致后續(xù)不再有變化的PWM波形輸出。輸出的脈沖個(gè)數(shù)可以一個(gè)或幾個(gè)。如果是通用計(jì)數(shù)器就是1個(gè)，如果是高級(jí)定時(shí)器，脈沖個(gè)數(shù)與RCR數(shù)值和計(jì)數(shù)模式二者有關(guān)。

圖[8]

圖【8】是個(gè)單脈沖輸出實(shí)現(xiàn)的示意圖。定時(shí)器工作在從模式，在外部觸發(fā)信號(hào)【TI2】的作用下開(kāi)啟計(jì)數(shù)器，輸出一個(gè)脈沖后發(fā)生更新事件并停止計(jì)數(shù)。

關(guān)于單脈沖輸出模式應(yīng)用的提醒：

1、使用單脈沖輸出模式時(shí)，計(jì)數(shù)器的使能啟動(dòng)可以通過(guò)軟件使能啟動(dòng)，也可以將定時(shí)器配置在觸發(fā)從模式經(jīng)過(guò)信號(hào)觸發(fā)啟動(dòng).

2、單脈沖輸出模式是PWM輸出模式的特例，利用該模式并不一定只是輸出單個(gè)脈沖。如果是通用定時(shí)器，每次使能計(jì)數(shù)器后只輸出一個(gè)PWM脈沖，如果是高級(jí)定時(shí)器，每次使能計(jì)數(shù)器后可能輸出多個(gè)PWM脈沖，具體多少除了與RCR寄存器的值有關(guān)外，還跟計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模式有關(guān)；

3、要用好定時(shí)器的單脈沖輸出模式，需了解下面三方面的知識(shí)點(diǎn)：

A:了解基本的PMW輸出模式的基本特性；

B:了解定時(shí)器的更新事件；

C:了解計(jì)數(shù)器的溢出與重裝；

好，下面一起來(lái)看看幾個(gè)基于單脈沖輸出模式的實(shí)例以加深理解。

下面案例都是基于高級(jí)定時(shí)器的。因?yàn)楦呒?jí)定時(shí)器可以使用單脈沖輸出模式輸出1到N個(gè)脈沖，如果使用通用定時(shí)器每次觸發(fā)后就只能產(chǎn)生1個(gè)脈沖，產(chǎn)生多個(gè)脈沖就不那么方便。

案例一：使用高級(jí)定時(shí)器，單脈沖輸出模式，借助RCR寄存器實(shí)現(xiàn)3個(gè)PWM脈沖輸出

條件：UP counting + PWM1， RCR=2; 極性：高有效[CCxP=0]

圖[9]

程序運(yùn)行，使能計(jì)數(shù)器后輸出上述波形。

RCR=2，意味著發(fā)生RCR+1次溢出時(shí)產(chǎn)生更新事件，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，后續(xù)不再輸出PWM波形。從上面來(lái)看輸出基本是正確的，不過(guò)最后電平停在高電平，結(jié)尾這個(gè)地方怎么感覺(jué)不符合PWM1的輸出特性呢？

一起來(lái)看看，現(xiàn)在計(jì)數(shù)器是向上計(jì)數(shù)模式，它在第3個(gè)周期計(jì)到ARR時(shí)產(chǎn)生溢出，觸發(fā)更新事件，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)了，那計(jì)數(shù)器的值不是應(yīng)該停留在ARR嗎？如果計(jì)數(shù)器的值停在ARR，那此時(shí)CNT>CCR的值，按照PWM模式1的輸出特性，輸出應(yīng)該停留在低電平，那怎么是高電平呢？

前面提到過(guò)，要用好定時(shí)器的單脈沖輸出模式，還得了解計(jì)數(shù)器溢出與重裝。

具體到這里，當(dāng)計(jì)數(shù)器在第3個(gè)周期計(jì)到ARR時(shí)發(fā)生溢出，產(chǎn)生更新事件，計(jì)數(shù)器不再計(jì)數(shù)。但計(jì)數(shù)器溢出后重裝還是照例執(zhí)行，此時(shí)計(jì)數(shù)器被重裝為0，因?yàn)橛?jì)數(shù)器被停止，所以該0值保持不變。這樣的話，后續(xù)的比較結(jié)果總是CNT

好，那我們基于上面的條件，換成PWM輸出模式2看看結(jié)果。

案例二：使用高級(jí)定時(shí)器，單脈沖模式，借助RCR寄存器實(shí)現(xiàn)3個(gè)PWM脈沖輸出

條件：UP counting + PWM2， RCR=2; 極性高有效[CCxP=0]

圖[10]

這次跟上面的案例1只是PWM模式做了變更，使用PWM輸出模式2。仍然是輸出3個(gè)PWM脈沖，跟上面輸出波形相比，第3個(gè)脈沖最后停留的電平不一樣，這里是低電平。分析過(guò)程跟上面一樣，當(dāng)計(jì)數(shù)器發(fā)生第3次溢出時(shí)，計(jì)數(shù)器依然重裝為0，此時(shí)CNT

至于其它不同的組合模式，這里就不一一分析了。我下面再放幾副圖進(jìn)來(lái)，大家可以自行分析。

案例三：使用高級(jí)定時(shí)器，單脈沖模式，借助RCR寄存器實(shí)現(xiàn)3個(gè)PWM脈沖輸出。

條件：Down counting + PWM1，RCR=2; 極性選擇高有效 [CCxP=0]

圖[11]

案例四、使用高級(jí)定時(shí)器，單脈沖模式，借助RCR寄存器實(shí)現(xiàn)3個(gè)PWM脈沖輸出。

條件：Down counting + PWM2,RCR=2; 極性選擇高有效[CCxP=0]

圖[12]

案例五、使用高級(jí)定時(shí)器，單脈沖模式，借助RCR寄存器實(shí)現(xiàn)PWM脈沖輸出

條件：Center counting / pwm1/ RCR=6 極性選擇：高有效[CCxP=0]

圖[13]

最后小結(jié)下：

在使用定時(shí)器單脈沖輸出模式做指定個(gè)數(shù)PWM波形輸出時(shí)，我們要根據(jù)實(shí)際需求來(lái)選擇合適的pwm輸出模式、計(jì)數(shù)模式以及RCR寄存器的值。比方上面案例1與案例2的輸出波形不能說(shuō)誰(shuí)對(duì)誰(shuí)錯(cuò)，關(guān)鍵看你需要的是哪種輸出結(jié)果。另外，一種輸出結(jié)果可以有多種實(shí)現(xiàn)方案，比方上面案例2與案例3雖是不同的方案，但產(chǎn)生了相同的效果，此時(shí)我們可以根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)選擇合適的方案。

好，關(guān)于定時(shí)器的單脈沖輸出模式的應(yīng)用就介紹到這里，大致介紹了單脈沖輸出模式的來(lái)龍去脈以及實(shí)現(xiàn)原理。我們常常使用單脈沖模式是輸出指定個(gè)數(shù)的PWM脈沖，當(dāng)然還有別的方式可以靈活使用，比方通過(guò)通過(guò)統(tǒng)計(jì)比較事件或更新事件后修改CCR等。