第六章第三节 TIM 输出比较
1. 输出比较（OC）
① 基础概念
(1) 功能定位：核心用于输出 PWM 波形，典型场景是控制电机（如调速 ），通过精准调节波形实现对电机等设备的驱动与控制。
(2) 相关单元：
- OC（Output Compare）输出比较：主动输出信号，依据计数器与比较寄存器值的关系，操控引脚电平变化。
- IC（Input Capture）输入捕获：被动接收信号，捕捉外部输入脉冲的时序特征（如频率、占空比 ）。
- CC（Capture/Compare）：是整合输出比较与输入捕获功能的单元，一个外设通道可灵活切换这两种工作模式 。
(3) 工作原理：输出比较的核心逻辑是计数器（CNT）与捕获比较寄存器（CCR）的值比较，根据比较结果对输出电平执行置 1、置 0 或翻转操作，最终输出特定频率和占空比的 PWM 波形 。
(4) 硬件资源
- 高级定时器（如 TIM1、TIM8 ）和通用定时器（如 TIM2 - TIM5 ），每个都配备4 个输出比较通道 。
- 高级定时器的前 3 个通道，额外支持死区生成、互补输出功能，专门适配三相无刷电机驱动场景（如控制电机三相绕组的通断时序 ）。
2. PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）
① 基础概念：PWM 是通过调制脉冲宽度，在惯性系统（如电机、LED 调光电路，利用惯性 “平滑” 脉冲离散特性 ）中等效获得模拟量的技术，广泛应用于电机调速、灯光亮度调节等场景
② 关键参数：
- 频率：
频率 = 1 / Ts，Ts是 PWM 信号的周期（高低电平完整切换一次的时间 ），决定信号 “刷新” 快慢，影响控制的响应速度与设备工作特性（如电机运转的平稳性 ）。 - 占空比：
占空比 = Ton / Ts，Ton是高电平持续时间，直接决定输出 “平均等效模拟量” 的大小（如电机转速、LED 亮度 ）。 - 分辨率：由占空比的调节精度决定，如支持 1%、0.1% 的占空比步进调节，分别对应 1%、0.1% 的分辨率，体现控制的细腻程度 。
3. 输出比较通道（通用）
① 核心部件及信号：
- CNT（计数器值）、CCR（捕获 / 比较寄存器值）：二者比较是输出比较的基础，决定输出模式控制器的动作
- 输出模式控制器：依据 CNT 与 CCR 比较结果，结合模式配置，生成 ocRef 等信号，是输出逻辑的 “指挥中心”
- ocRef 信号：关键中间信号，后续经极性选择、输出使能等环节，决定最终引脚输出
② 极性选择逻辑：极性选择通过 “CC1P” 等配置，决定 ocRef 信号是否 “反转” 输出。选 0 时信号 “不反转” 直传，选 1 时信号 “反转” 后传，影响最终引脚电平逻辑
4. PWM 基本结构
① 输出比较单元：「电平控制器」
- CCR 捕获 / 比较器：存一个「阈值」（比如 CCR=50），和 CNT 实时对比
- 比较逻辑：
- CNT < CCR → 输出 REF 有效电平（比如高电平，灯亮）
- CNT ≥ CCR → 输出 REF 无效电平（比如低电平，灯灭）
② PWM 核心公式：
| 公式 | 人话翻译 | 例子（对应图中） |
|---|---|---|
| 频率：Freq = 时钟 / [(PSC+1)×(ARR+1)] | 决定 PWM 信号「眨眼睛速度」 | 72M 时钟，PSC=719，ARR=99 → 频率 = 1KHz（1 秒眨 1000 次） |
| 占空比：Duty = CCR / (ARR+1) | 决定「亮的时间占比」 | CCR=50，ARR=99 → 占空比 50%（亮 50 个数，灭 50 个数） |
| 分辨率：Reso = 1/(ARR+1) | 决定「占空比能调多细」 | ARR=99 → 分辨率 1%（每次调 1 个数，占空比变 1%） |
5. 舵机简介
① 基本原理：舵机是通过输入 PWM（脉冲宽度调制）信号，依据信号的占空比来控制输出轴转动角度的装置 。比如在机器人关节、航模控制中，用不同占空比的 PWM 精准控制转向。
② PWM 信号要求：周期固定为 20ms ，对应频率 50Hz（频率 = 1 / 周期，1÷0.02s = 50Hz ），这是舵机识别 PWM 信号的基础周期标准。
6. 硬件电路
7. 直流电机及驱动简介
① 直流电机属于大功率器件，GPIO 口无法直接驱动，需要配合电机驱动电路来操作。
② TB6612 是一款双路 H 型的直流电机驱动芯片，可以驱动两个直流电机并且控制其转速和方向。
8. 硬件电路
通过 AIN1/AIN2（或 BIN1/BIN2）的电平组合，配合 PWM 信号，实现电机 5 种工作模式：
| AIN1 | AIN2 | PWM | 电机状态 | 场景举例 |
|---|---|---|---|---|
| H | H | 任意 | 刹车（制动） | 电机需紧急停止时 |
| L | H | H/L | 反转 | 智能小车后退、机械臂反转 |
| H | L | H/L | 正转 | 智能小车前进、机械臂正转 |
| L | L | 任意 | 刹车（制动） | 同 “双高”，另一种制动逻辑 |
| 任意 | 任意 | L | 停止（无动力） | 电机无驱动信号，自然滑行停止 |