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STM32 定时器 - 输出比较模式（Output Compare）
🧭 输出比较模式概述
STM32 的定时器支持输出比较（Output Compare, OC）功能，用于在定时器计数达到指定值时触发某种动作（如设置电平、翻转电平、输出PWM等）。
输出比较模式的本质是：当 CNT（计数器）计数值与 CCRx（比较寄存器）相等时，输出控制器根据配置执行相应动作。
常用的输出比较模式包括：
| 模式名称 | 描述 |
|---|---|
| 冻结（Frozen） | 不做任何操作（默认） |
| 主动电平设置 | 设置输出为高电平 |
| 主动电平清除 | 设置输出为低电平 |
| 电平翻转 | 翻转输出引脚电平 |
| 强制高电平 | 强制输出高电平 |
| 强制低电平 | 强制输出低电平 |
| PWM模式1 | CNT < CCRx时输出有效电平，反之无效电平 |
| PWM模式2 | CNT < CCRx时输出无效电平，反之有效电平 |
⚠️ 注意："有效/无效电平"取决于
CCxP（输出极性）设置。
🔧 PWM 模式详解（PWM Mode 1 / 2）
✅ 工作原理
以 PWM 模式 1 为例：
- CNT 从 0 增加计数，当
CNT < CCRx时输出有效电平； - 当
CNT >= CCRx时输出为无效电平； - 到达自动重装载值 ARR 后 CNT 重置为 0，重新开始周期。
📐 占空比计算
占空比（%） = CCRx / ARR × 100%
例如 ARR=999，CCRx=499，PWM频率=定时器更新频率，输出占空比为 50%。
📥 相关寄存器
| 寄存器 | 说明 |
|---|---|
| TIMx->ARR | 自动重装载寄存器，控制 PWM 周期 |
| TIMx->CCR1~4 | 比较寄存器，控制 PWM 占空比 |
| TIMx->CCMRx | 设置输出比较模式（PWM模式等） |
| TIMx->CCER | 控制输出使能与极性 |
| TIMx->CR1 | 启动计数器（CEN位） |
🧠 影子寄存器机制
- ARR、CCR 寄存器都有影子寄存器；
- 修改这些寄存器的值不会立即生效，只有在一次更新事件（UEV）之后才会从影子寄存器更新到真实寄存器；
- 这样可以防止在运行时突然改变输出；
- 可以通过设置
ARPE（自动重载预装载使能）控制 ARR 是否使用影子寄存器。
可以通过软件触发一次更新事件使寄存器值立即生效：
TIMx->EGR |= TIM_EGR_UG;
🧰 CUBEMX 配置方法
-
打开定时器，选择
PWM Generation CHx模式； -
在
Configuration中：- 设置 Prescaler（预分频器）和 Counter Period（ARR值）决定 PWM 频率；
- 设置 Pulse 值（即 CCRx）决定占空比；
-
使能通道输出（TIMx->CCER 的 CCxE 位）；
-
启用自动重载缓冲（ARPE）；
-
生成代码后使用以下代码启用：
HAL_TIM_PWM_Start(&htimx, TIM_CHANNEL_x);
- 更改占空比：
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htimx, TIM_CHANNEL_x, new_ccr);
📝 简略介绍其他输出比较模式
| 模式名称 | 使用场景 / 原理 |
|---|---|
| Frozen | 默认无操作，用于禁用通道 |
| Active | CNT == CCRx 时输出引脚置为高电平 |
| Inactive | CNT == CCRx 时输出引脚置为低电平 |
| Toggle | CNT == CCRx 时翻转输出电平（适用于输出方波） |
| Force High | 不受 CNT 控制，直接将引脚设置为高电平 |
| Force Low | 不受 CNT 控制，直接将引脚设置为低电平 |
可通过设置 TIMx->CCMRx 寄存器中的 OCxM 位字段选择这些模式。
📚 示例代码片段（PWM模式）
// 初始化 PWM 通道
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);// 修改占空比
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 750); // 设置占空比为 75%
✅ 总结
- 输出比较模式用于定时器触发特定输出行为；
- PWM 模式是输出比较中最常用的子模式；
- PWM 波形的占空比和频率由 CCRx 和 ARR 控制；
- 输出比较寄存器和自动重装载寄存器均有影子寄存器，提高了运行时稳定性；
- 推荐使用 STM32CubeMX 配合 HAL 库快速实现 PWM。