15.3 数字BUCK变换器项目1：开环系统设计
# 15.3 数字BUCK变换器项目1：开环系统设计
本实验通过STM32的高级定时器TIM1输出互补PWM信号驱动同步BUCK电路，结合ADC采样与OLED显示，实现开环电压调节功能。
核心功能：
- 互补PWM驱动：TIM1生成带死区的PWM信号，避免上下管直通。
- 电压/电流采样：ADC采集输出参数并通过OLED实时显示。
- 编码器控制：动态调节占空比，精确控制输出电压。
# 15.3.1 STM32CubeMX配置
# 1. 工程基础配置
- 芯片型号：STM32F103C8T6
- 主频：72MHz
- 调试接口：SWD
# 2. TIM1互补PWM配置
- 引脚分配：
- PA8 → TIM1_CH1（主PWM输出）
- PB13 → TIM1_CH1N（互补输出）
- 参数设置：
- 频率：100kHz（PSC=0，ARR=720-1）
- 死区时间：0.138μs（Dead Time=43）
# 3. ADC与DMA配置
- ADC通道：
- IN4（电压采样）
- IN5（电流采样）
- 触发源：TIM1捕获比较事件（同步PWM触发）
- DMA模式：循环传输，解放CPU资源
# 15.3.2 开环软件设计
# 1. 初始化代码
/* USER CODE BEGIN 2 */
OLED_Init(); // OLED初始化
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1); // ADC校准
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)value, 2); // 启动DMA传输
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1); // 启动TIM1
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3); // 启动TIM3（OLED刷新）
HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1); // 启动PWM主通道
HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1); // 启动互补通道
HAL_TIM_Encoder_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_ALL); // 启动编码器
/* USER CODE END 2 */
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# 2. 数据转换与显示（代码清单15‑4）
void OLED_Disp(void) {
Vout = value[1] * 13.2 / 4096; // 电压转换：Vout = ADC值 × (3.3V/4096) × 分压比
Iout = value[0] * 1.65 / 4096; // 电流转换：Iout = ADC值 × (3.3V/4096) × 放大倍数
sprintf(Vo_str, "Vout:%0.2fV", Vout);
sprintf(Io_str, "Iout:%0.2fA", Iout);
sprintf(D_str, "Duty:%.2d%%", Encoder_cnt);
// OLED显示刷新
OLED_PrintString(45, 0, "BUCK", &font16x16, OLED_COLOR_NORMAL);
OLED_PrintString(16, 15, Vo_str, &font16x16, OLED_COLOR_NORMAL);
OLED_PrintString(16, 30, Io_str, &font16x16, OLED_COLOR_NORMAL);
OLED_PrintString(16, 45, D_str, &font16x16, OLED_COLOR_NORMAL);
OLED_ShowFrame();
}
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# 3. 编码器控制逻辑（代码清单15‑5）
void Encoder(void) {
Encoder_cnt = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2); // 读取编码器值
// 限幅处理：10%~90%
if (Encoder_cnt <= 10 || Encoder_cnt > 60000) {
Encoder_cnt = 10;
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 10);
} else if (Encoder_cnt > 90) {
Encoder_cnt = 90;
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 90);
}
// 占空比映射：编码器值 → CCR值（比例系数7.2）
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, Encoder_cnt * 7.2);
}
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# 15.3.3 开环实验验证
# 1. 实验步骤
- 硬件连接：
- 输入电源：12V锂电池
- 负载：10Ω/2W电阻
- 占空比计算：
- 示波器观测：
- 测量PA8（PWM）与PB13（互补PWM）波形，验证死区时间与频率。
# 2. 结果分析
驱动波形：
实测频率99.79kHz，误差在合理范围内（±1%）。输出电压：
初始占空比28%时输出电压偏差，调整至31%后输出稳定3.3V。
# 15.3.4 关键说明
- 死区时间：0.138μs，避免MOS管直通损坏。
- 编码器映射：10~90编码值对应占空比10%~90%（CCR=72~648）。
- ADC校准：HAL_ADCEx_Calibration_Start确保采样精度。