關于高速單片機STM32H7定時器同步啟動并輸出多路PWM波形的探究

摘要：本文主要研究了STM32H7芯片系列中定時器同步啟動并輸出PWM波形的實現(xiàn)方法。PWM信號在現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)中廣泛應用于電機控制、LED調光等場景，而在多個PWM信號同時輸出時，為了保證同步性和穩(wěn)定性，需要進行同步啟動操作。本文首先分析了STM32H7芯片定時器同步啟動和PWM輸出的原理。針對多個PWM信號同時輸出的情況，提出了一種基于定時器同步啟動的PWM輸出方案。采用STM32CubeMX進行實驗驗證，結果表明，該方案能夠有效解決多個PWM信號同步輸出的問題，實現(xiàn)了高精度和穩(wěn)定性。本文的方法和經(jīng)驗可以為其他嵌入式系統(tǒng)中PWM信號的多路輸出提供參考和借鑒，對于提高嵌入式系統(tǒng)的實時性和精度具有很高的實用價值。

關鍵詞：同步；電機控制；高速單片機；STM32CubeMX；STM32H7；PWM

Abstract: This paper mainly studies the realization method of timer synchronous startup and output PWM waveform in STM32H7 chip series. PWM signals are widely used in modern embedded systems in motor control, LED dimming and other scenarios, and when multiple PWM signals are output at the same time, in order to ensure synchronization and stability, it is necessary to start the operation synchronously. This paper first analyzes the principle of STM32H7 chip timer synchronous startup and PWM output. Aiming at the simultaneous output of multiple PWM signals, a PWM output scheme based on timer synchronization is proposed. STM32CubeMX is used for experimental verification. The results show that this scheme can effectively solve the problem of synchronizing output of multiple PWM signals, and achieve high precision and stability. The method and experience in this paper can provide reference and reference for other embedded system PWM signal multichannel output, and has high practical value for improving the real-time and precision of embedded system.

Keywords: Synchronize; High speed single chip microcomputer; STM32CubeMX; STM32H723ZGT6; PWM


隨著嵌入式系統(tǒng)技術的不斷發(fā)展，PWM（Pulse Width Modulation）信號在各種應用場景中得到了廣泛應用，例如電機控制、LED燈控、音頻處理等方面。在多個PWM信號同時輸出時，為了保證信號的同步性和穩(wěn)定性，定時器同步啟動技術成為了必要的手段。STM32系列芯片以其高性能和多功能外設而廣受業(yè)界認可。其中，STM32H7系列芯片配備了豐富的定時器模塊，既具備通用性又具備高性能，支持多種工作模式，可以滿足多種嵌入式應用對高精度、多信號輸出的需求。

本文基于STM32H7芯片，研究了定時器同步啟動技術在PWM信號多路輸出中的應用。我們在通過研究相關技術的基礎上，提出了一種基于定時器同步啟動的PWM輸出方案，并通過實驗驗證了該方案的穩(wěn)定性和實用性。本文旨在探究嵌入式系統(tǒng)中PWM信號同步輸出問題的解決方案，為有類似需求的嵌入式開發(fā)人員提供參考和借鑒，希望本文對開發(fā)者在設計多路PWM輸出應用時提供一些實用價值和借鑒意義。

STM32H723ZGT6所有定時器包括兩個高級控制定時器、十二個通用定時器、兩個基本定時器、五個低功耗定時器、兩個看門狗定時器和一個SysTick定時器。所有計時器計數(shù)器都可以在Debug模式下凍結。本次實驗主頻配置的是500MHz，共使用過了TIM1、 TIM2、TIM3、TIM23、TIM24共五個定時器，其中TIM1為主定時器，用于控制其他定時器的同步啟動，其他定時器為從定時器，用于輸出PWM波形。


1. 通用定時器框圖

通用定時器框圖.png


2. 定時器特性比較3. 定時器內部觸發(fā)連接關系
定時器特性比較-新.jpg定時器內部觸發(fā)連接關系-新.jpg


4. 原理方案以及開發(fā)流程

4.1 原理方案

通過配置主從定時器內部觸發(fā)連接功能，以達到啟動主定時器時，其他從定時器同步啟動的功能。

4.2 通過STM32CubeMX配置定時器工作模式

4.2.1 配置主定時器

4.2.2 配置從定時器

配置主定時器.png

配置從定時器.png

4.2.3 配置PWM輸出引腳功能

配置PWM輸出引腳功能.png


5. 修改代碼并驗證功能

5.1 修改代碼

修改代碼-1.png

此HAL庫接口每次只能初始化一個其中一個TIM的通道并開啟PWM，但判斷不了是否由主定時器TIM1來控制同步啟動的，所以需要對其函數(shù)進行修改。如下：

修改代碼-2.png修改代碼-3.png

int main(void) 函數(shù)內容

5.2 用示波器邏輯分析功能驗證結果5.3 驗證抖動范圍不超過3ns
用示波器邏輯分析功能驗證結果.png驗證抖動范圍不超過3ns.png


6. 結論

綜上所述，使用STM32H7的同步啟動定時器可有效降低多個定時器之間的相位誤差，提高系統(tǒng)的定時精度。通過TIM定時器主從模式功能，實現(xiàn)了定時器的同步啟動，并且實現(xiàn)了周期、占空比和相位的精確控制。實驗結果表明，該方案可以在多種應用場景下提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

總之，本文設計的STM32H7同步啟動定時器方案具有較高的實用價值和應用前景，對于各種基于定時器的控制應用都具有一定的參考價值。


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