写这篇文章是为了对最近学习无刷电机FOC的一些学习心得进行记录，本文基于STM32F407标准库函数编写。

TIM时钟频率

知道TIM的时钟频率是相当重要的，这关系到定时器计数周期和预分频器的值怎么给。这里使用高级定时器TIM1作为PWM输出，在STM32F407中TIM1是挂在APB2总线上，TIM1的时钟频率与APB2总线分频系数有关，若APB2总线分频系数为1，那么TIM1时钟频率为APB2的时钟频率，若APB2总线分频系数不为1，那么TIM1时钟频率为APB2的时钟频率的2倍。而挂在APB1总线上的TIM2也是同理。

如果使用的是默认设置，那么APB1总线时钟为4分频即42M，APB2总线时钟为2分频即84M，即TIM2时钟频率为84MHZ，TIM1时钟频率为168MHZ。

定时器初始化

STM32F407单片机定时器初始化与F103系列相比变化不大。其主要流程如下：
1.TIM时钟初始化
2.GPIO初始化
与f103系列不同，f4系列GPIO初始化时把GPIO口的复用、输入/出、上/下拉分开了，需要单独设置，且f4系列GPIO速度最大为100MHZ。
3.GPIO复用映射
在f103系列中，TIM1输出PWM的默认IO口为PA8、PA9、PA10、PA11，如果要使用PE9、PE11、PE13、PE14作为PWM的GPIO口输出，需要打开AFIO时钟，设置完全映射或部分映射。
但在f407系列中则取消了默认IO口，无论是使用PA口作为PWM输出，还是使用PE口，都需要使用GPIO_PinAFConfig（GPIOx，GPIO_PinSourcex，功能（比如定时器1GPIO_AF_TIM1，串口GPIO_AF_USART1））函数进行设置。
4.定时器初始化
5.定时器OC初始化
6.定时器PWM使能

代码

#include "stm32f4xx.h"                  // Device header

#define FOC_PWM_RCC 				RCC_APB2Periph_TIM1//TIM时钟
#define FOC_PWM_GPIO_RCC 			RCC_AHB1Periph_GPIOE//GPIOE时钟
#define FOC_PWM_GPIO 				GPIOE
#define FOC_PWM_GPIO_CH1 			GPIO_Pin_9
#define FOC_PWM_GPIO_CH2 			GPIO_Pin_11
#define FOC_PWM_GPIO_CH3 			GPIO_Pin_13
#define FOC_PWM_GPIO_CH1_PS   		GPIO_PinSource9
#define FOC_PWM_GPIO_CH2_PS   		GPIO_PinSource11
#define FOC_PWM_GPIO_CH3_PS   		GPIO_PinSource13
#define FOC_PWM_TIM 				TIM1
#define FOC_PWM_GPIO_AF				GPIO_AF_TIM1
#define FOC_PWM_TIM_Period			8400-1							//计数周期，即ARR值
#define FOC_PWM_TIM_Prescaler		1 - 1							//预分频器，即PSC的值
#define FOC_PWM_TIM_Mode			TIM_OCMode_PWM2
#define FOC_PWM_TIM_CounterMode 	TIM_CounterMode_CenterAligned1

void PWM_Init(){
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(FOC_PWM_RCC,ENABLE);

	RCC_AHB1PeriphClockCmd(FOC_PWM_GPIO_RCC,ENABLE);
	
	//将PE9、PE11、PE13设置为复用推挽输出，下拉模式
	//在硬件上一个PWM控制一个桥臂，即一个PWM输出口同时连接到栅极驱动芯片的HO和LO
	//PWM为高电平时上管打开下管关闭，PWM为低电平时上管关闭下管打开
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;//复用
	GPIO_InitStruct.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;//推挽输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=FOC_PWM_GPIO_CH1|FOC_PWM_GPIO_CH2|FOC_PWM_GPIO_CH3;
	GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_DOWN;//下拉
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;
	GPIO_Init(FOC_PWM_GPIO,&GPIO_InitStruct);
	
	TIM_InternalClockConfig(FOC_PWM_TIM);
	
	GPIO_PinAFConfig(FOC_PWM_GPIO, FOC_PWM_GPIO_CH1_PS, FOC_PWM_GPIO_AF); 
	GPIO_PinAFConfig(FOC_PWM_GPIO, FOC_PWM_GPIO_CH2_PS, FOC_PWM_GPIO_AF);
	GPIO_PinAFConfig(FOC_PWM_GPIO, FOC_PWM_GPIO_CH3_PS, FOC_PWM_GPIO_AF);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = FOC_PWM_TIM_CounterMode;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = FOC_PWM_TIM_Period ;                 //计数周期，即ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = FOC_PWM_TIM_Prescaler;            //预分频器，即PSC的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器
	TIM_TimeBaseInit(FOC_PWM_TIM, &TIM_TimeBaseInitStructure);      
	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;							
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = FOC_PWM_TIM_Mode;              //输出比较模式，选择PWM模式1
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;       //输出极性
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   //输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
	
	TIM_OC1Init(FOC_PWM_TIM, &TIM_OCInitStructure); 
	TIM_OC2Init(FOC_PWM_TIM, &TIM_OCInitStructure); 
	TIM_OC3Init(FOC_PWM_TIM, &TIM_OCInitStructure);

	TIM_CtrlPWMOutputs(FOC_PWM_TIM,ENABLE);
	
	TIM_Cmd(FOC_PWM_TIM, ENABLE);			//使能定时器
}
void PWM_Channel1(int Compare)
{
	TIM_SetCompare1(FOC_PWM_TIM, Compare);
}

void PWM_Channel2(int Compare)
{
	TIM_SetCompare2(FOC_PWM_TIM, Compare);
}

void PWM_Channel3(int Compare)
{
	TIM_SetCompare3(FOC_PWM_TIM, Compare);
}

PWM频率计算

在上述TIM初始化过程中，需要注意几个参数：TIM_Period （计数周期，即ARR的值）、TIM_Prescaler（预分频器，即PSC的值）、TIM_CounterMode （TIM计数模式）、TIM_OCMode（PWM输出比较模式）、TIM_OCPolarity（输出极性），CCR（通过TIM_SetComparex设置，比较值）
TIM_Period 、TIM_Prescaler和CCR决定了TIM输出PWM的频率，其计算公式如下：
$$PWM频率=\frac{168MHZ}{(ARR+1)(PSC+1)}$$
$$PWM占空比=\frac{CCR}{(ARR+1)}（与PWM输出模式，计数模式有关）$$

PWM的工作原理

TIM_CounterMode有三种模式：向上计数模式、向下计数模式、中央对齐模式123
以向上计数模式为例：

定时器从0开始计数，每记一次CNT（计数器当前值）加1，在计数过程中，STM32硬件会不断地将CNT的值与CCR的值进行比较，当CNT的值与CCR的值相等时GPIO口电平翻转，当CNT加到ARR值时CNT置为0重新开始计数。

TIM_OCMode有两种模式：PWM模式1和PWM模式2。
PWM模式1：无论向上计数还是向下计数，一旦CNT<CCR时通道为有效电平，否则为无效电平
PWM模式2：无论向上计数还是向下计数，一旦CNT<CCR时通道为无效电平，否则为有效电平；

TIM_OCPolarity有两种模式：TIM_OCPolarity_High和TIM_OCPolarity_Low，这决定了有效电平是高电平或者低电平。
TIM_OCPolarity_High：有效电平为高电平，无效电平为低电平。
TIM_OCPolarity_Low：有效电平为低电平，无效电平为高电平。

例如，将ARR设为84-1，PSC设为100-1，TIM_OCMode为PWM模式1，TIM_CounterMode为向上计数模式，TIM_OCPolarity为TIM_OCPolarity_High，CCR为60。

这样$$PWM频率=\frac{168MHZ}{84\ast 100}=20000=20KHZ$$
由于PSC设为100-1，所以在CNT从0计数到100的过程中，CNT的值会与CCR(60)的值进行比较，当
CNT<CCR时，PWM为模式1，通道为有效电平，为高电平，当CNT>CCR时，通道为无效电平，为低电平。当CNT计数到100时，此时CNT会立刻清0，此时CNT<CCR，GPIO口重新由低电平翻转为高电平。在CNT计数到100的过程中，从0加到60都为高电平，因此PWM占空比为
$$PWM占空比=\frac{60}{(ARR+1)}=60\%$$

FOC定时器PWM设置

如果你是使用六部换向调制或者SPWM（正选波调制）来驱动无刷电机的话，那么只需要向上面例子那样将TIM_OCMode为PWM模式1，TIM_CounterMode为向上计数模式，TIM_OCPolarity为TIM_OCPolarity_High即可。但在FOC中，大多使用SVPWM调制方法，这需要产生一个中央对称的PWM波形，如图所示

每两个虚线为一个计数周期，SVPWM为了产生一个这样中心对齐的PWM，需要将TIM_CounterMode设为中央对齐模式1，这个模式下CNT会从0加计数到ARR，然后在减计数到0。（中央对齐模式2会从ARR的值先减到0在加）为了使中央为高电平，需要将PWM模式设为模式2，将TIM_OCPolarity设为TIM_OCPolarity_High，这样在CNT<CCR使为无效电平，为低电平，当CNT>CCR使为有效电平，为高电平。

这样设置会使PWM频率是用上述公式计算出的值的一半。