在嵌入式系統(tǒng)的定時(shí)器外設(shè)功能中，輸出比較模式是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)時(shí)序控制與信號(hào)生成的核心技術(shù)，它通過(guò)計(jì)數(shù)器與比較寄存器的數(shù)值比對(duì)，動(dòng)態(tài)調(diào)控輸出引腳的電平狀態(tài)，可靈活生成方波、脈沖、PWM 等多種信號(hào)，廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、LED 控制、通信同步等場(chǎng)景。不同于輸入捕獲模式對(duì)外部信號(hào)的被動(dòng)感知，輸出比較模式以 “主動(dòng)信號(hào)生成” 為核心，其底層邏輯圍繞 “計(jì)數(shù) - 比較 - 電平控制” 的閉環(huán)展開(kāi)，既包含基礎(chǔ)的電平翻轉(zhuǎn)與脈沖生成能力，又衍生出 PWM 這一重要應(yīng)用分支，是連接嵌入式定時(shí)器與外部執(zhí)行器的關(guān)鍵橋梁。

輸出比較模式的本質(zhì)，是利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)器（TIMx_CNT）與捕獲 / 比較寄存器（TIMx_CCR1~CCR4）的實(shí)時(shí)比對(duì)結(jié)果，通過(guò)輸出模式控制器調(diào)控引腳電平，其核心硬件架構(gòu)由時(shí)基單元、比較單元與輸出控制電路三部分構(gòu)成。時(shí)基單元提供穩(wěn)定的計(jì)數(shù)基準(zhǔn)，通過(guò)配置預(yù)分頻器（PSC）與自動(dòng)重裝載寄存器（ARR），確定計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率與周期 —— 計(jì)數(shù)器可工作在向上、向下或中央對(duì)齊模式，從初始值開(kāi)始隨時(shí)鐘周期遞增或遞減，當(dāng)達(dá)到 ARR 值時(shí)自動(dòng)重置，形成周期性計(jì)數(shù)循環(huán)。比較單元是核心執(zhí)行模塊，實(shí)時(shí)將計(jì)數(shù)器當(dāng)前值與 CCR 寄存器的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比對(duì)，一旦兩者相等便觸發(fā)比較事件，向輸出控制電路發(fā)送觸發(fā)信號(hào)。輸出控制電路則根據(jù)預(yù)設(shè)的輸出模式，對(duì)引腳電平執(zhí)行置高、置低、翻轉(zhuǎn)等操作，同時(shí)可通過(guò)極性選擇調(diào)整有效電平的定義，并通過(guò)輸出使能開(kāi)關(guān)控制信號(hào)是否對(duì)外輸出，部分高級(jí)定時(shí)器還集成死區(qū)生成電路，為功率器件保護(hù)提供支持。

這種硬件架構(gòu)賦予了輸出比較模式豐富的工作模式，不同模式通過(guò)寄存器配置實(shí)現(xiàn)，適配從簡(jiǎn)單電平控制到復(fù)雜波形生成的多樣需求。凍結(jié)模式是最基礎(chǔ)的狀態(tài)控制方式，當(dāng)計(jì)數(shù)器與 CCR 值匹配時(shí)，輸出電平保持當(dāng)前狀態(tài)不變，適用于需要暫停信號(hào)輸出但維持當(dāng)前電平的場(chǎng)景，例如系統(tǒng)故障時(shí)保持電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)穩(wěn)定以避免意外停機(jī)。匹配時(shí)置有效 / 無(wú)效電平模式則在比對(duì)成功時(shí)將電平切換為預(yù)設(shè)的有效態(tài)（通常為高電平）或無(wú)效態(tài)（通常為低電平），可用于特定時(shí)刻的信號(hào)觸發(fā)，比如在定時(shí)任務(wù)完成時(shí)輸出一個(gè)標(biāo)志脈沖通知其他模塊。而匹配時(shí)電平翻轉(zhuǎn)模式是生成周期性方波的常用選擇，每次計(jì)數(shù)器與 CCR 值匹配時(shí)，輸出電平自動(dòng)切換狀態(tài)，在向上計(jì)數(shù)模式下，方波頻率為定時(shí)器計(jì)數(shù)頻率的 1/(2×(ARR+1))，占空比固定為 50%，適合作為通信協(xié)議中的同步時(shí)鐘信號(hào)。

在所有輸出比較模式中，PWM 模式是應(yīng)用最廣泛的分支，本質(zhì)上是輸出比較功能的特殊實(shí)現(xiàn)形式 ——PWM 模式通過(guò)持續(xù)的計(jì)數(shù)與比較，生成占空比可調(diào)的周期性脈沖信號(hào)，其核心區(qū)別于普通輸出比較模式的是 “電平狀態(tài)隨計(jì)數(shù)過(guò)程動(dòng)態(tài)變化” 而非僅在匹配時(shí)刻切換。以向上計(jì)數(shù)的 PWM 模式 1 為例，當(dāng)計(jì)數(shù)器值小于 CCR 值時(shí)，輸出有效電平；當(dāng)計(jì)數(shù)器值大于等于 CCR 值時(shí)，輸出無(wú)效電平；當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到 ARR 值重置后，重新進(jìn)入高電平階段，通過(guò)調(diào)整 CCR 值即可改變高電平在周期中的占比，實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)。PWM 模式 2 則與模式 1 極性相反，計(jì)數(shù)器值小于 CCR 時(shí)輸出無(wú)效電平，大于等于時(shí)輸出有效電平，可滿足不同執(zhí)行器的電平邏輯需求。這種模式下，ARR 值決定 PWM 信號(hào)的周期（頻率），CCR 值決定占空比，兩者獨(dú)立配置的特性讓頻率與占空比調(diào)節(jié)更加靈活，是電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、LED 亮度調(diào)節(jié)等場(chǎng)景的理想選擇。

值得注意的是，輸出比較模式與 PWM 模式存在明確的從屬關(guān)系 ——PWM 模式是輸出比較模式的子集，但兩者在功能側(cè)重上存在差異。普通輸出比較模式更擅長(zhǎng)生成非對(duì)稱脈沖或固定占空比的方波，例如通過(guò)匹配時(shí)置電平模式生成單次觸發(fā)脈沖，或通過(guò)翻轉(zhuǎn)模式生成 50% 占空比的同步時(shí)鐘；而 PWM 模式則專注于占空比可調(diào)的連續(xù)脈沖生成，且同一定時(shí)器的多路 PWM 通道通常共享 ARR 值，因此頻率必然一致。相比之下，普通輸出比較模式的多路通道可配置獨(dú)立的 CCR 值與輸出模式，甚至能生成頻率不同的信號(hào)，例如在復(fù)雜控制系統(tǒng)中同時(shí)輸出同步時(shí)鐘與觸發(fā)脈沖，這種靈活性使其在多信號(hào)協(xié)同場(chǎng)景中更具優(yōu)勢(shì)。

在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)輸出比較模式，需遵循標(biāo)準(zhǔn)化的配置流程，以 STM32 系列 MCU 為例，核心步驟包括時(shí)鐘使能、GPIO 配置、時(shí)基初始化、比較單元配置與計(jì)數(shù)器啟動(dòng)。首先需開(kāi)啟定時(shí)器與對(duì)應(yīng) GPIO 的外設(shè)時(shí)鐘，確保硬件模塊供電正常；隨后將 GPIO 配置為復(fù)用推挽輸出模式，使定時(shí)器信號(hào)能夠通過(guò)引腳對(duì)外輸出；時(shí)基初始化階段需設(shè)定計(jì)數(shù)模式、預(yù)分頻器與自動(dòng)重裝載值，確定計(jì)數(shù)周期與頻率；比較單元配置是核心環(huán)節(jié)，需選擇輸出模式、設(shè)置 CCR 初始值、定義電平極性并使能輸出；最后啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)數(shù)器，硬件便開(kāi)始自動(dòng)執(zhí)行計(jì)數(shù)與比較操作。例如驅(qū)動(dòng) LED 呼吸燈時(shí)，通過(guò) PWM 模式 1 配置定時(shí)器，在主循環(huán)中周期性修改 CCR 值，即可實(shí)現(xiàn)占空比從 0% 到 100% 的漸變，呈現(xiàn)呼吸效果。

輸出比較模式的實(shí)踐價(jià)值在多樣化場(chǎng)景中得到充分體現(xiàn)。在電機(jī)控制領(lǐng)域，PWM 模式生成的占空比可調(diào)信號(hào)是核心控制手段 —— 通過(guò)改變 PWM 占空比調(diào)節(jié)電機(jī)兩端的平均電壓，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制，而高級(jí)定時(shí)器的互補(bǔ)輸出與死區(qū)生成功能，可避免 H 橋電路上下橋臂同時(shí)導(dǎo)通導(dǎo)致的短路故障，保障電機(jī)驅(qū)動(dòng)安全。在精密時(shí)序控制場(chǎng)景，普通輸出比較模式的電平翻轉(zhuǎn)功能可生成高精度時(shí)鐘信號(hào)，例如為紅外通信模塊提供 38kHz 的載波信號(hào)，其頻率精度僅取決于定時(shí)器的計(jì)數(shù)基準(zhǔn)，遠(yuǎn)高于軟件延時(shí)生成的信號(hào)。在工業(yè)自動(dòng)化中，匹配時(shí)置電平模式可用于精準(zhǔn)觸發(fā)傳感器采樣，通過(guò)將 CCR 值設(shè)定為特定計(jì)數(shù)時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)多傳感器的同步采樣，減少系統(tǒng)誤差。

在實(shí)際應(yīng)用中，輸出比較模式的配置需兼顧精度與系統(tǒng)資源平衡。頻率精度取決于定時(shí)器的基準(zhǔn)時(shí)鐘與預(yù)分頻系數(shù)，基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率越高、預(yù)分頻系數(shù)越小，計(jì)數(shù)精度越高，但過(guò)高的計(jì)數(shù)頻率可能增加系統(tǒng)功耗；占空比精度則由 ARR 值決定，ARR 值越大，CCR 的調(diào)節(jié)粒度越細(xì)，例如 ARR=999 時(shí)占空比精度可達(dá) 0.1%，足以滿足多數(shù)民用場(chǎng)景需求。對(duì)于多通道應(yīng)用，需注意同一定時(shí)器的通道共享時(shí)基單元的特性 —— 若需多路不同頻率的信號(hào)，應(yīng)選擇不同的定時(shí)器外設(shè)；若僅需不同占空比的同頻信號(hào)，則可共用一個(gè)定時(shí)器的不同通道，節(jié)省硬件資源。

從技術(shù)演進(jìn)來(lái)看，輸出比較模式已從早期的基礎(chǔ)電平控制發(fā)展為集成多種保護(hù)機(jī)制的復(fù)雜功能模塊，現(xiàn)代 MCU 的定時(shí)器不僅支持多通道獨(dú)立配置，還可與 DMA、ADC 等外設(shè)聯(lián)動(dòng)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)效率。例如通過(guò) DMA 自動(dòng)更新 CCR 值，可生成復(fù)雜波形信號(hào)而無(wú)需 CPU 干預(yù)；通過(guò) ADC 觸發(fā)輸出比較事件，可實(shí)現(xiàn)采樣與控制的閉環(huán)聯(lián)動(dòng)。這些擴(kuò)展功能讓輸出比較模式在高端嵌入式應(yīng)用中持續(xù)發(fā)揮核心作用，成為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制與高效信號(hào)生成的不可或缺的技術(shù)手段。

深入理解輸出比較模式的底層邏輯，對(duì)嵌入式開(kāi)發(fā)者而言至關(guān)重要。它不僅是生成 PWM 信號(hào)的基礎(chǔ)，更是實(shí)現(xiàn)各類精準(zhǔn)時(shí)序控制的核心工具，其 “硬件自動(dòng)執(zhí)行” 的特性既保證了信號(hào)精度，又降低了 CPU 的負(fù)擔(dān)。從簡(jiǎn)單的 LED 控制到復(fù)雜的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從基礎(chǔ)的脈沖生成到精密的時(shí)序同步，輸出比較模式以其靈活性與可靠性，構(gòu)建了嵌入式系統(tǒng)與外部執(zhí)行器之間的精準(zhǔn)控制鏈路，深刻體現(xiàn)了定時(shí)器外設(shè) “以硬件賦能軟件” 的設(shè)計(jì)思想，是嵌入式技術(shù)體系中的重要基石。