📚 课程目录第3章高级定时器互补PWM输出

3. 高级定时器互补PWM输出

任务目标

使用STM32高级定时器TIM1产生一对带死区时间的互补PWM信号（CH1与CH1N），用于驱动半桥电路中的上下桥臂MOSFET，防止直通短路。通过示波器或逻辑分析仪观察两路波形，验证死区时间与频率符合配置。

硬件与依赖

硬件：STM32F103系列开发板（如Mini板）、示波器或逻辑分析仪
软件：STM32CubeIDE或Keil MDK，STM32标准外设库或HAL库
引脚：TIM1_CH1（PA8）、TIM1_CH1N（PB13），需配置为复用推挽输出

核心实现

以下代码基于STM32标准外设库，完整实现TIM1互补PWM输出与死区配置。主频设为72MHz，输出频率20kHz，死区时间约1.08μs。

#include "stm32f10x.h"

void TIM1_ComplementaryPWM_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;

    // 1. 使能时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);

    // 2. 配置PA8(TIM1_CH1)与PB13(TIM1_CH1N)为复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // 3. 时基配置：72MHz/(72-1+1)=1MHz计数频率，周期=50-1 → 20kHz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71;      // 72分频 → 1MHz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 49;         // 50个计数 → 20kHz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 4. PWM模式1，占空比50%（25/50）
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;  // 使能互补输出
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 25;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset;
    TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);

    // 5. 死区配置：DTG=108 → 死区时间 = 108 × 10ns ≈ 1.08μs
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Disable;
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Disable;
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_OFF;
    TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = 108;
    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);

    // 6. 使能主输出MOE并启动定时器
    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);
    TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
}

int main(void) {
    TIM1_ComplementaryPWM_Init();
    while (1) {
        // 主循环无需额外处理，PWM由硬件持续输出
    }
}

运行与验证

将代码编译下载至开发板，PA8与PB13分别连接示波器CH1与CH2通道，共地。
示波器设置为边沿触发，观察两路波形：CH1为高电平有效PWM，CH1N为反相PWM。
测量频率应为20kHz（周期50μs），占空比约50%。
放大上升沿/下降沿区域，测量CH1下降沿到CH1N上升沿之间的时间间隔，应约为1.08μs，即为死区时间。
判定通过条件：两路信号在任何时刻无同时为高的重叠区间，且死区时间与配置值误差在±0.2μs以内。

关键说明

高级定时器TIM1的互补输出必须使能主输出（TIM_CtrlPWMOutputs），否则引脚无波形。
死区时间由TIM_BDTR寄存器的DTG[7:0]位决定，本配置中DTG=108，对应死区时间 = 108 × T_DTS，其中T_DTS = 1/1MHz = 1μs，但实际死区计算为108 × 10ns = 1.08μs（因DTG[7:5]=011时，死区时间 = (64+DTG[4:0]) × 16 × T_DTS，此处简化配置为直接映射模式）。若需精确计算，请参考参考手册DTG编码表。
若使用HAL库，对应函数为HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1)与HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1)，死区通过sConfigDeadTime.DeadTime配置。