2、GD32定时器与PWM生成：高级定时器配置，互补PWM与死区插入
做FOC控制，说白了就是跟三个东西打交道：电流采样、PWM生成、还有算法运算。而PWM生成这块，是连接你代码和物理世界的桥梁。今天我们就来聊聊GD32的高级定时器，看看怎么用它生成FOC需要的互补PWM，以及那个让人又爱又恨的死区时间。
2.1 为什么FOC需要高级定时器？
普通的定时器，比如GD32的通用定时器（TIMER2、TIMER3这些），也能输出PWM。但FOC控制要求三相桥臂的上下管不能同时导通，否则就是短路。这就需要一对互补的PWM信号，而且上下沿之间要插入一段“死区时间”。
高级定时器（TIMER0、TIMER7）内部集成了硬件死区插入逻辑。你只需要配置好参数，硬件自动帮你处理。我刚开始做FOC时，曾经试图用软件延时来模拟死区，结果电机一启动就炸管。嗯，从那以后我再也不敢用软件做死区了。
2.2 GD32高级定时器结构概览
GD32的高级定时器，本质上是一个16位的自动重装载计数器。但它比通用定时器多了几个关键模块：
- 刹车功能（Break Function）：紧急情况下强制关闭所有PWM输出
- 互补输出（Complementary Outputs）：自动生成反向信号
- 死区发生器（Dead-Time Generator）：可编程的死区插入
- 多通道同步：三相互补PWM必须严格同步
下面这张图是我自己整理的GD32高级定时器PWM生成路径，你看一眼就明白了：
2.3 互补PWM与死区插入配置
配置高级定时器输出互补PWM，其实就三步。我习惯按这个顺序来，不容易漏掉关键寄存器。
2.3.1 第一步：配置时基单元
时基单元决定了PWM的频率。FOC控制通常用10kHz到20kHz的PWM频率。我一般用16kHz，因为人耳对这个频率不太敏感，电机噪音小一些。
/* 配置TIMER0时基 */
timer_parameter_struct timer_init_struct;
timer_struct_para_init(&timer_init_struct);
timer_init_struct.prescaler = 107; // 108MHz / (107+1) = 1MHz
timer_init_struct.period = 62; // 1MHz / (62+1) = 16kHz
timer_init_struct.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1;
timer_init_struct.repetitioncounter = 0; // 不重复计数
timer_init(TIMER0, &timer_init_struct);2.3.2 第二步：配置互补输出通道
这一步是关键。你需要指定哪个通道输出上管，哪个输出下管。GD32的高级定时器，CHx是上管，CHxN是下管。
/* 配置通道0为PWM模式1 */
timer_oc_parameter_struct oc_init_struct;
timer_oc_struct_para_init(&oc_init_struct);
oc_init_struct.outputstate = TIMER_CCX_ENABLE; // 使能CH0输出
oc_init_struct.outputnstate = TIMER_CCXN_ENABLE; // 使能CH0N输出
oc_init_struct.ocpolarity = TIMER_OC_POLARITY_HIGH; // CH0高电平有效
oc_init_struct.ocnpolarity = TIMER_OCN_POLARITY_HIGH; // CH0N高电平有效
oc_init_struct.ocidlestate = TIMER_OC_IDLE_STATE_LOW; // 空闲时CH0低电平
oc_init_struct.ocnidlestate = TIMER_OCN_IDLE_STATE_LOW; // 空闲时CH0N低电平
timer_channel_output_config(TIMER0, TIMER_CH_0, &oc_init_struct);
/* 配置PWM模式1：递增计数时，CNT < CCR时输出有效电平 */
timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER0, TIMER_CH_0, 31); // 50%占空比
timer_channel_output_mode_config(TIMER0, TIMER_CH_0, TIMER_OC_MODE_PWM1);
timer_channel_output_shadow_config(TIMER0, TIMER_CH_0, TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);2.3.3 第三步：配置死区时间
死区时间取决于你用的功率管。IGBT一般需要2-3微秒，MOSFET可以短一些，0.5-1微秒就够了。我做过一个项目，客户用的国产MOSFET，死区设了1.2微秒，结果管子还是发热。后来换成1.5微秒才稳定。
/* 配置死区时间 */
/* DTG[7:0] = 死区时间值 */
/* 死区时间 = DTG * Tck_timer */
/* Tck_timer = 1 / 1MHz = 1us */
/* 设死区1.5us，DTG = 1.5 / 1 = 1.5，取整为2 */
timer_break_parameter_struct break_init_struct;
timer_break_struct_para_init(&break_init_struct);
break_init_struct.deadtime = 2; // 死区时间 = 2 * 1us = 2us
break_init_struct.breakstate = TIMER_BREAK_ENABLE; // 使能刹车功能
break_init_struct.breakpolarity = TIMER_BREAK_POLARITY_LOW;
break_init_struct.outputautomatic = TIMER_OUTAUTO_ENABLE; // 自动恢复输出
timer_break_config(TIMER0, &break_init_struct);2.4 三相互补PWM的同步启动
FOC需要三相PWM严格同步。GD32的高级定时器支持多通道同时更新。你只需要把所有通道的CCR值准备好，然后通过一个软件事件同时加载。
/* 三相PWM同步更新 */
/* 先更新所有通道的占空比 */
timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER0, TIMER_CH_0, u_duty);
timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER0, TIMER_CH_1, v_duty);
timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER0, TIMER_CH_2, w_duty);
/* 产生更新事件，所有通道同时生效 */
timer_event_software_generate(TIMER0, TIMER_EVENT_SRC_UPG);为什么要同步？你想想看，如果三相PWM不是同时更新的，那么在一个PWM周期内，三相的占空比可能来自不同的控制周期。这会导致电流波动，严重时电机抖动。我调试时遇到过这个问题，用示波器一看，三相PWM的上升沿差了几个微秒。加上同步更新后，问题就解决了。
2.5 刹车功能与故障保护
FOC系统必须考虑故障情况。比如过流、过压、电机堵转。GD32高级定时器的刹车功能，可以在硬件层面瞬间关闭所有PWM输出。
| 刹车源 | 触发条件 | 推荐配置 |
|---|---|---|
| 刹车输入引脚 | 外部故障信号（如过流比较器输出） | 低电平触发，使能自动恢复 |
| 软件刹车 | MCU检测到异常（如ADC过流） | 调用 timer_break_enable() |
| CPU崩溃刹车 | 看门狗复位或硬件错误 | 刹车引脚接上拉电阻，默认关闭 |
/* 使能刹车功能 */
timer_break_enable(TIMER0);
/* 当刹车触发时，所有PWM输出进入空闲状态 */
/* 空闲状态由 ocidlestate 和 ocnidlestate 决定 */2.6 常见问题与避坑指南
做PWM配置时，有几个坑我踩过，分享给你：
- 极性搞反：CHx和CHxN的极性要一致。如果上管高有效，下管低有效，那么死区时间内上下管都是关断的。但如果极性设反了，死区时间内上下管可能同时导通。
- 空闲状态配置：刹车触发后，PWM进入空闲状态。如果空闲状态电平设错了，电机可能会反转或者抖动。我一般把空闲状态设成低电平，这样MOSFET是关断的。
- 重复计数器：GD32的高级定时器有重复计数器，用于产生更精确的PWM周期中断。FOC中一般不用，设成0就行。如果设成非零值，PWM更新频率会变慢。
- 影子寄存器：CCR和ARR都有影子寄存器。默认是使能的，也就是说你写入的值会在下一个更新事件才生效。如果你需要立即生效，可以关闭影子寄存器，但要注意可能产生不完整的PWM脉冲。