在嵌入式系統(tǒng)的定時器外設功能中，輸出比較模式是實現(xiàn)精準時序控制與信號生成的核心技術，它通過計數(shù)器與比較寄存器的數(shù)值比對，動態(tài)調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，廣泛應用于電機驅動、LED 控制、通信同步等場景。不同于輸入捕獲模式對外部信號的被動感知，輸出比較模式以 “主動信號生成” 為核心，其底層邏輯圍繞 “計數(shù) - 比較 - 電平控制” 的閉環(huán)展開，既包含基礎的電平翻轉與脈沖生成能力，又衍生出 PWM 這一重要應用分支，是連接嵌入式定時器與外部執(zhí)行器的關鍵橋梁。

輸出比較模式的本質，是利用定時器的計數(shù)器（TIMx_CNT）與捕獲 / 比較寄存器（TIMx_CCR1~CCR4）的實時比對結果，通過輸出模式控制器調控引腳電平，其核心硬件架構由時基單元、比較單元與輸出控制電路三部分構成。時基單元提供穩(wěn)定的計數(shù)基準，通過配置預分頻器（PSC）與自動重裝載寄存器（ARR），確定計數(shù)器的計數(shù)頻率與周期 —— 計數(shù)器可工作在向上、向下或中央對齊模式，從初始值開始隨時鐘周期遞增或遞減，當達到 ARR 值時自動重置，形成周期性計數(shù)循環(huán)。比較單元是核心執(zhí)行模塊，實時將計數(shù)器當前值與 CCR 寄存器的預設值進行比對，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。輸出控制電路則根據(jù)預設的輸出模式，對引腳電平執(zhí)行置高、置低、翻轉等操作，同時可通過極性選擇調整有效電平的定義，并通過輸出使能開關控制信號是否對外輸出，部分高級定時器還集成死區(qū)生成電路，為功率器件保護提供支持。

這種硬件架構賦予了輸出比較模式豐富的工作模式，不同模式通過寄存器配置實現(xiàn)，適配從簡單電平控制到復雜波形生成的多樣需求。凍結模式是最基礎的狀態(tài)控制方式，當計數(shù)器與 CCR 值匹配時，輸出電平保持當前狀態(tài)不變，適用于需要暫停信號輸出但維持當前電平的場景，例如系統(tǒng)故障時保持電機驅動信號穩(wěn)定以避免意外停機。匹配時置有效 / 無效電平模式則在比對成功時將電平切換為預設的有效態(tài)（通常為高電平）或無效態(tài)（通常為低電平），可用于特定時刻的信號觸發(fā)，比如在定時任務完成時輸出一個標志脈沖通知其他模塊。而匹配時電平翻轉模式是生成周期性方波的常用選擇，每次計數(shù)器與 CCR 值匹配時，輸出電平自動切換狀態(tài)，在向上計數(shù)模式下，方波頻率為定時器計數(shù)頻率的 1/(2×(ARR+1))，占空比固定為 50%，適合作為通信協(xié)議中的同步時鐘信號。

在所有輸出比較模式中，PWM 模式是應用最廣泛的分支，本質上是輸出比較功能的特殊實現(xiàn)形式 ——PWM 模式通過持續(xù)的計數(shù)與比較，生成占空比可調的周期性脈沖信號，其核心區(qū)別于普通輸出比較模式的是 “電平狀態(tài)隨計數(shù)過程動態(tài)變化” 而非僅在匹配時刻切換。以向上計數(shù)的 PWM 模式 1 為例，當計數(shù)器值小于 CCR 值時，輸出有效電平；當計數(shù)器值大于等于 CCR 值時，輸出無效電平；當計數(shù)器達到 ARR 值重置后，重新進入高電平階段，通過調整 CCR 值即可改變高電平在周期中的占比，實現(xiàn)占空比調節(jié)。PWM 模式 2 則與模式 1 極性相反，計數(shù)器值小于 CCR 時輸出無效電平，大于等于時輸出有效電平，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 信號的周期（頻率），CCR 值決定占空比，兩者獨立配置的特性讓頻率與占空比調節(jié)更加靈活，是電機轉速控制、LED 亮度調節(jié)等場景的理想選擇。

值得注意的是，輸出比較模式與 PWM 模式存在明確的從屬關系 ——PWM 模式是輸出比較模式的子集，但兩者在功能側重上存在差異。普通輸出比較模式更擅長生成非對稱脈沖或固定占空比的方波，例如通過匹配時置電平模式生成單次觸發(fā)脈沖，或通過翻轉模式生成 50% 占空比的同步時鐘；而 PWM 模式則專注于占空比可調的連續(xù)脈沖生成，且同一定時器的多路 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立的 CCR 值與輸出模式，甚至能生成頻率不同的信號，例如在復雜控制系統(tǒng)中同時輸出同步時鐘與觸發(fā)脈沖，這種靈活性使其在多信號協(xié)同場景中更具優(yōu)勢。

在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)輸出比較模式，需遵循標準化的配置流程，以 STM32 系列 MCU 為例，核心步驟包括時鐘使能、GPIO 配置、時基初始化、比較單元配置與計數(shù)器啟動。首先需開啟定時器與對應 GPIO 的外設時鐘，確保硬件模塊供電正常；隨后將 GPIO 配置為復用推挽輸出模式，使定時器信號能夠通過引腳對外輸出；時基初始化階段需設定計數(shù)模式、預分頻器與自動重裝載值，確定計數(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、設置 CCR 初始值、定義電平極性并使能輸出；最后啟動定時器計數(shù)器，硬件便開始自動執(zhí)行計數(shù)與比較操作。例如驅動 LED 呼吸燈時，通過 PWM 模式 1 配置定時器，在主循環(huán)中周期性修改 CCR 值，即可實現(xiàn)占空比從 0% 到 100% 的漸變，呈現(xiàn)呼吸效果。

輸出比較模式的實踐價值在多樣化場景中得到充分體現(xiàn)。在電機控制領域，PWM 模式生成的占空比可調信號是核心控制手段 —— 通過改變 PWM 占空比調節(jié)電機兩端的平均電壓，實現(xiàn)轉速控制，而高級定時器的互補輸出與死區(qū)生成功能，可避免 H 橋電路上下橋臂同時導通導致的短路故障，保障電機驅動安全。在精密時序控制場景，普通輸出比較模式的電平翻轉功能可生成高精度時鐘信號，例如為紅外通信模塊提供 38kHz 的載波信號，其頻率精度僅取決于定時器的計數(shù)基準，遠高于軟件延時生成的信號。在工業(yè)自動化中，匹配時置電平模式可用于精準觸發(fā)傳感器采樣，通過將 CCR 值設定為特定計數(shù)時刻，實現(xiàn)多傳感器的同步采樣，減少系統(tǒng)誤差。

在實際應用中，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器的基準時鐘與預分頻系數(shù)，基準時鐘頻率越高、預分頻系數(shù)越小，計數(shù)精度越高，但過高的計數(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 的調節(jié)粒度越細，例如 ARR=999 時占空比精度可達 0.1%，足以滿足多數(shù)民用場景需求。對于多通道應用，需注意同一定時器的通道共享時基單元的特性 —— 若需多路不同頻率的信號，應選擇不同的定時器外設；若僅需不同占空比的同頻信號，則可共用一個定時器的不同通道，節(jié)省硬件資源。

從技術演進來看，輸出比較模式已從早期的基礎電平控制發(fā)展為集成多種保護機制的復雜功能模塊，現(xiàn)代 MCU 的定時器不僅支持多通道獨立配置，還可與 DMA、ADC 等外設聯(lián)動，進一步提升系統(tǒng)效率。例如通過 DMA 自動更新 CCR 值，可生成復雜波形信號而無需 CPU 干預；通過 ADC 觸發(fā)輸出比較事件，可實現(xiàn)采樣與控制的閉環(huán)聯(lián)動。這些擴展功能讓輸出比較模式在高端嵌入式應用中持續(xù)發(fā)揮核心作用，成為實現(xiàn)精準控制與高效信號生成的不可或缺的技術手段。

深入理解輸出比較模式的底層邏輯，對嵌入式開發(fā)者而言至關重要。它不僅是生成 PWM 信號的基礎，更是實現(xiàn)各類精準時序控制的核心工具，其 “硬件自動執(zhí)行” 的特性既保證了信號精度，又降低了 CPU 的負擔。從簡單的 LED 控制到復雜的電機驅動，從基礎的脈沖生成到精密的時序同步，輸出比較模式以其靈活性與可靠性，構建了嵌入式系統(tǒng)與外部執(zhí)行器之間的精準控制鏈路，深刻體現(xiàn)了定時器外設 “以硬件賦能軟件” 的設計思想，是嵌入式技術體系中的重要基石。