选择应用的PWM引脚简短指南

在为应用选择引脚时，有几个方面需要考虑。最重要的是要确保所选引脚与正在使用的硬件兼容。 请务必检查你的微控制器系列和SimpleFOC是否支持必要的PWM生成、位置传感器和电流传感技术。你可以在我们的文档这里找到相关信息。

一旦确定你的微控制器适合该应用，就该考虑使用哪些引脚了。主要有三个问题：

1. 哪些引脚用于PWM生成？
2. 哪些引脚用于位置传感器？
3. 哪些引脚用于电流传感？

在本指南中，我们将重点关注第一个问题：哪些引脚用于PWM生成？

这些问题的答案取决于你使用的微控制器和拥有的硬件。以下是SimpleFOC支持的微控制器系列以及每个系列支持的PWM生成模式列表：

需要注意的是，所有受支持的系列都可以在2/3/4PWM模式下使用。但是，并非所有架构都支持6PWM模式。此外，所有受支持的架构都可以配置PWM频率，但对于Arduino AVR板，频率可以设置为4kHz或32kHz。

选择PWM引脚时的另一个重要因素是尝试使用属于同一定时器的PWM引脚。这很重要，因为属于同一定时器的引脚生成的PWM信号将具有相同的频率和相位。这对于FOC算法的正常工作很重要。 经验法则：

• 对于2PWM模式，尝试只使用一个定时器。
• 对于3PWM模式，尝试只使用一个定时器。
• 对于4PWM模式，尽可能尝试只使用一个定时器，如果不行，则每相使用一个定时器（即两个定时器）。
• 对于6PWM模式，尽可能尝试只使用一个定时器，如果不行，则每相使用一个定时器（即三个定时器）。

注意：PWM中心对齐

SimpleFOC在某些情况下会同步（中心对齐）不同定时器生成的PWM信号（如上表所示），但最好还是使用属于同一定时器的引脚。

注意：定时器-ADC同步 - 低侧电流传感

低侧电流传感所需的定时器和ADC同步仅适用于某些系列的微控制器：stm32、esp32（基于MCPWM）和Teesny 4。

获取与引脚相关的定时器信息有时很困难，特别是对于经验不足的用户。因此，在接下来的几个部分中，我们将提供一些关于如何为一些最受欢迎的微控制器系列找到PWM引脚的信息。

• Arduino AVR板
• ESP32板
• STM32板
• Teensy板

Arduino AVR板

对于Arduino AVR板（UNO、MEGA、Nano、Leonardo等），PWM引脚通常标有~符号。这些引脚是可以生成PWM信号的引脚。如果你正在编写2PWM、3PWM或4PWM模式的应用程序，可以使用任何PWM引脚。PWM定时器是相互同步的，因此你不必担心此信息。

但是，如果你使用6PWM模式，则必须使用属于同一定时器的引脚。属于同一定时器的引脚如下：

因此，如果使用这些板中的一个在6PWM模式下，确保使用属于同一定时器的高/低引脚对。在这种情况下，atmega328P和atmega32u4必须使用它们所有的PWM引脚来生成6PWM信号（atmega32u4不能使用引脚5，因为它在定时器TIM3上是单独的）。此外，atmega2560有足够的引脚仅使用一个定时器运行两个6PWM驱动器。

ESP32板

Esp32板有两个PWM生成模块：LEDC和MCPWM。LEDC模块用于为LED生成PWM信号，但它也可以用于电机控制。MCPWM模块是专门为电机控制设计的。 尽管LEDC的灵活性远不如MCPWM，但它仍然能够运行SimpleFOC库支持的所有驱动器。但是，使用LEDC时，你将无法使用低侧电流传感，因为定时器无法与ADC同步。

MCPWM模块

因此，当使用具有MCPWM模块的esp32板（例如esp32和esp32s3）时，你可以使用任何引脚进行任何形式的PWM生成。该模块使esp32非常灵活，并允许任何引脚在PWM模式下使用，以及与任何定时器相关联。通常，esp32板有2个MCPWM独立模块，允许实例化：

• 4个2PWM模式驱动器实例
• 4个3PWM模式驱动器实例
• 2个4PWM模式驱动器实例
• 2个6PWM模式驱动器实例

SimpleFOC将自动为你的应用程序完成适当的定时器和通道的关联。

所有具有MCPWM的esp32架构默认将使用MCPWM进行电机控制。

LEDC模块

但是，如果使用仅支持LEDC模块的板（例如esp32s2和esp32c3），你将无法将其用于大多数电机控制模式。LEDC模块不如MCPWM模块灵活，不推荐用于电机控制应用。你仍然可以使用2PWM、3PWM、4PWM和6PWM模式。LEDC定时器通常有8个通道，不同的板有不同数量的可用通道和定时器。所有引脚都可用于PWM生成，但前8个引脚与第一个定时器相关联，接下来的8个引脚与第二个定时器相关联，依此类推。

以下是不同esp32芯片可用的通道数量列表，取自esp32技术参考手册：

如果用户希望为支持MCPRM的板强制使用LEDC驱动器，他必须设置SIMPLEFOC_ESP32_USELEDC。

STM32板

Stm32是SimpleFOC支持的最强大的微控制器系列，至少在电机控制能力方面是这样。SimpleFOC支持大多数STM32板，所有这些板都可以在6PWM模式下使用。此外，从版本v2.3.3开始，SimpleFOC库默认同步不同定时器生成的PWM信号。因此，对于除6PWM生成之外的所有用例，用户不必担心与引脚相关联的定时器，但是仍然建议使用属于相同定时器的引脚。

⚠️ 注意： SimpleFOC不支持stm32板的反相通道，因此用户必须使用非反相的引脚。它们仅支持6PWM模式。

对于6PWM模式，用户有两个选择：

1. 使用属于同一定时器的引脚。 这是推荐的，因为所有stm32板都有通常为TIM1和TIM8的定时器，这些定时器是为此类应用设计的，并提供最佳性能。
2. 每相使用一个定时器。 这也是一个很好的解决方案，特别是如果使用高级定时器所需的引脚不可用时。但是，在这种情况下，应用程序使用2或3个定时器而不是1个，这可能会降低微控制器并行执行其他任务的能力。

一旦你向SimpleFOC驱动程序对象提供一组引脚，库将自动将引脚与适当的定时器和通道相关联，并找到电机控制的最佳组合。如果引脚与你尝试使用的电机控制模式不兼容，库将抛出错误。

找到属于同一定时器的引脚并非易事，特别是对于经验不足的用户。因此，我们创建了一个网站，可以相对容易地浏览最受欢迎的stm32板的引脚和定时器。

打开stm32引脚分配助手

根据经验，大多数stm32板具有属于高级定时器TIM1的以下引脚：

• PA8 - 通道1
• PA9 - 通道2
• PA10 - 通道3
• PB13 - 反相通道1N
• PB14 - 反相通道2N
• PB15 - 反相通道3N

因此，这是6PWM模式首选的引脚组合。

Teensy板

Teensy板非常强大，有很多可用于PWM生成的定时器。SimpleFOC库支持所有Teensy3和Teensy4板，所有这些板都可以在6PWM模式下使用。

以下表格取自teensy文档，列出了不同teensy系列的PWM引脚：

SimpleFOC不会同步Teensy板的不同定时器生成的PWM信号，因此建议使用属于同一定时器的引脚。

Teensy3

因此，使用Teensy3板时，建议（不是严格约束）使用属于同一定时器的引脚。属于同一定时器的引脚如下表所示。

所有Teensy3板都可以在定时器FTM0上以6PWM模式使用，并且那些具有FTM3的板也可以在FTM3上使用6PWM模式。至少在版本v2.3.3之前，SimpleFOC不允许其他定时器组合用于6PWM模式。

Teensy4

使用Teensy4板时，建议（不是严格约束）使用属于同一定时器的引脚。属于同一定时器的引脚如下表所示。

Teensy4有两种定时器类型的组合：FlexPWM和QuadTimer。对于2PWM、3PWM和4PWM模式，你可以使用上面列出的任何引脚，即使它们属于QuadTimer和FlexTimer通道的组合。但是，为了获得最佳效果，建议使用属于同一定时器的引脚，或者至少每相使用一个定时器。特别是因为SimpleFOC库在版本v2.3.3中，默认情况下不会同步2PWM、3PWM和4PWM模式下不同定时器生成的PWM信号。此外，生成的PWM信号也不是中心对齐的。

SimpleFOC默认仅对6PWM驱动器进行中心对齐和定时器同步。如果你想在Teensy4上强制中心对齐的3PWM模式，可以设置SIMPLEFOC_TEENSY4_FORCE_CENTER_ALIGNED_3PWM标志。这将强制中心对齐的3PWM模式，并在使用多个定时器时同步定时器。但是，这两种模式都需要使用FlexPWM定时器，不能与QuadTimer定时器一起使用。

6PWM

从版本v2.3.3开始，SimpleFOC仅允许在FlexPWM定时器上使用6PWM模式。属于QuadTimer定时器的引脚不支持6PWM。此外，SimpleFOC要求为6PWM模式的每个相使用一个子模块，如果不是这种情况，SimpleFOC将显示错误。 为了使用6PWM，对于每个相，从相同的时间和子模块中选择引脚A和B。引脚X在6PWM模式下不使用。

中心对齐3PWM

如果你想在Teensy4上强制中心对齐的3PWM模式，可以设置SIMPLEFOC_TEENSY4_FORCE_CENTER_ALIGNED_3PWM标志。对于此模式，你可以使用属于任何FlexPWM定时器的任何引脚A、B或X。如果使用多个定时器，SimpleFOC将自动同步它们。如果应用程序允许，建议使用定时器的通道A和B，并避免X。此外，如果设置了该标志并且你尝试使用QuadTimer定时器，SimpleFOC将显示错误。

以下表格显示了每个定时器和子模块的引脚A、B和X。