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：
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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
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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 -> PC1GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_2, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH2 -> PC2GPIO_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 -> PC4GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_5, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH2N -> PC5GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_6, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH3N -> PC6// 刹车输入 (BKIN) - 使用PA4GPIO_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); // 16MHzCLK_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); // CH1GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_2, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH2GPIO_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); // CH1NGPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_5, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST); // CH2NGPIO_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
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Class D放大器：高效音频放大
2. 设计注意事项
-
死区时间选择：
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过小：可能导致上下管直通
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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
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-
PCB布局：
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功率回路尽量短
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模拟地/数字地分开
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去耦电容靠近MCU
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热管理：
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功率器件加散热片
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避免连续满负荷运行
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监测结温
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保护功能：
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过流保护（OCP）
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过压保护（OVP）
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欠压锁定（UVLO）
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过热保护（OTP）
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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
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使用双通道同时测量主输出和互补输出
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观察死区时间是否符合预期
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检查上升/下降时间
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验证刹车功能响应时间
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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：
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计数器先递增后递减
-
减少EMI干扰
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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}
}