STM32F103高级定时器死区时间的计算

秒速五厘米 2022-05-11 09:58 287阅读 0赞

看了一些网上讲死区时间计算的教程，觉得讲述的不是很清楚，所以在此用我自己理解的方式讲述一遍，如有错误，请读者赐教。  
　　死区时间的设置：由寄存器“TIM1和TIM8刹车和死区寄存器TIMX\_BDTR”中，位DTG\[7:0\]控制（中文数据手册可能出现错误，应当是DTG）。  
![在这里插入图片描述][70]  
![在这里插入图片描述][70 1]  
![在这里插入图片描述][70 2]  
　　官方数据手册的说明不容易看懂，举的例子与我的应用场合也不一致，我使用的是72MHz的晶振，讲一讲我的死区时间是怎么算出来的。  
DT死区时间；  
TDTS为系统时钟周期时长；  
TDTG为系统周期时长乘以倍数，这个值用于计算最终死区时间，也叫作步长。  
在72M的定时器时钟下，TDTS = 1/72M = 13.89ns。  
　　这个计算比较复杂，主要思想就是把ＤTG的八位，掰成两半用。一半决定步长，另一半是与步长相乘的乘数，乘数可以自行设定，步长\*乘数=死区时间。至于步长与乘数从哪里分开，看下表

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>项目</th> 
   <th>情况1</th> 
   <th>情况2</th> 
   <th>情况3</th> 
   <th>情况4</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>步长位置</td> 
   <td>DTG[7]</td> 
   <td>DTG[7:6]</td> 
   <td>DTG[7:5]</td> 
   <td>DTG[7:5]</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>步长值（二进制）</td> 
   <td>1</td> 
   <td>10</td> 
   <td>110</td> 
   <td>111</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>步长是周期几倍</td> 
   <td>1</td> 
   <td>2</td> 
   <td>8</td> 
   <td>16</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>乘数位置</td> 
   <td>DTG[6:0]</td> 
   <td>DTG[5:0]</td> 
   <td>DTG[4:0]</td> 
   <td>DTG[4:0]</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>乘数最大值</td> 
   <td>127</td> 
   <td>64+63</td> 
   <td>63+31</td> 
   <td>32+31</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>乘数范围</td> 
   <td>0~127</td> 
   <td>64~127</td> 
   <td>32~63</td> 
   <td>34~63</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>等价几倍周期</td> 
   <td>0~127</td> 
   <td>128~254</td> 
   <td>256~504</td> 
   <td>512~1008</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>周期125ns时，死区范围ns</td> 
   <td>0~15875</td> 
   <td>16000~31750</td> 
   <td>32000~63000</td> 
   <td>64000~126000</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>周期13.89ns时，死区范围ns</td> 
   <td>0~1764</td> 
   <td>1778~3528</td> 
   <td>3556~7000</td> 
   <td>7112~14001</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

接下来举例说明表格怎么用。  
　　例如72MHz的晶振，需要14us的死区时间，那么属于情况4，DTG\[7:5\] = 0b111，DTG\[4:0\]=31=0b1111，所以DTG = 0xff。72MH晶振的情况下，最大只能14us的死区。  
　　还是72MHz的晶振，需要3us的死区时间，那么属于情况2，DTG\[7:6\] = 0b10，步长=27.78，需要的乘数 = 3000÷27.78-64=108-64=44=0b101100，DTG\[7:0\]=0b10101100=0xAC。  
　　实际的系统中，死区的时间一般由硬件的响应速度决定。我的系统使用的驱动电路设计参考[之前的博客][Link 1]  
　　使用的电机型号是JGB37-3530B。经过测试，3us的死区时间可以使用。  
　　下边是电机初始化的函数，主要的功能是用STM32的高级定时器TIM1，输出嵌入死区的互补PWM。  
　　使用两个通道输出PWM，通道1 的引脚是PA8和PB13，通道2 的引脚是PA9和PB14。一个周期是1ms，频率是1KHz，3us的死区时间。默认通道1的占空比是50%，通道2的占空比是0%，让电机以49.7%（占空比减去死区）的速度正转。

void PWM_Configuration(void)
    {
        GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;
        TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_BaseInitStructure;
        TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
        TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
        //开启TIM和相应端口时钟
        //启动GPIO
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA  | RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
        //启动AFIO
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
        //启动TIM1
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
    
        //GPIO做相应设置，为AF输出             //PA8，PB13一组互补输出  A9，PB14一组互补输出
        //PA.8/9口设置为TIM1的OC1输出口
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
        //PB.13/14口设置为TIM1_CH1N和TIM1_CH2N输出口
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9);
        GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14);
    
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);    
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel =  TIM1_UP_IRQn;    
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;       
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
        //TIM1基本计数器设置（设置PWM频率）1KHz 
        TIM_BaseInitStructure.TIM_Period = 1000-1;      //1khz  好计算。按照1%的精确度，理论最大72000/100 = 720KHz
        TIM_BaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72-1;
        TIM_BaseInitStructure.TIM_ClockDivision = 0;
        TIM_BaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//向上计数
        TIM_BaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
        TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_BaseInitStructure);
        //启用ARR的影子寄存器（直到产生更新事件才更改设置）
        TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE);
    
        //TIM1_OC1模块设置（设置1通道占空比）
        TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;//TIM脉冲宽度调制模式1
        TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;//输出通道使能
        TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;//互补输出
        TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
        TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;//TIM输出比较极性高
        //TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
        TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
        TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;
        TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500;//待装入捕获比较寄存器的脉冲值
        TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
    
        //启用CCR1寄存器的影子寄存器（直到产生更新事件才更改设置）
        TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);
    
        
        //TIM1_OC2模块设置（设置2通道占空比）
        TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
        TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;
        TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
        TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
        //启用CCR2寄存器的影子寄存器（直到产生更新事件才更改设置）
        TIM_OC2PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);
    
        //OCx输出信号与参考信号相同，只是它的上升沿相对参考信号的上升沿有一个延迟
        //OCxN输出信号与参考信号相同，只是它的上升沿相对参考信号的下降沿有一个延迟
    
        //死区设置
        TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable;
        TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable;
        TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_2;
        TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = 0xAC; //这里调整死区大小为3us      
        TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Disable;
        TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_High;
        TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Enable;
        TIM_BDTRConfig(TIM1, &TIM_BDTRInitStructure);
    
        //TIM1_OC通道输出PWM
        TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);
    
        //TIM1开启
        TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
    }

[70]: /images/20220511/69aab5daaa744ab1ba4c1b8f2c98e4de.png
[70 1]: /images/20220511/20bd8cd5c64e40c285a93a28617776c7.png
[70 2]: /images/20220511/45d0e03866be47c1a16a4bb8ec4395c5.png
[Link 1]: https://blog.csdn.net/geek_monkey/article/details/82079435