摘要

本章还是点灯，但是小飞哥带大家换一种点灯方式，利用PWM功能实现“呼吸灯”，什么是呼吸灯？顾名思义，像人呼吸一样的灯...简而言之就是，吸气...呼气...实现灯光渐亮渐灭的效果。

4 u$ f% t+ d4 B' g; H+ N$ L- c

PWM原理介绍

脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation” 的缩写，简称脉宽调制，是利用 微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。简单一点，就是对脉冲宽 度的控制，如下图（摘自正点原子手册）

# l) [8 }# b( h
: Z& r/ [/ F! ~+ d6 u

! ?. F' Y! m; a- k# p6 u

PWM 原理示意图

( g$ E* I. H* S( c1 ]0 U4 |, [+ J; `; d

上图就是一个简单的PWM 原理示意图。图中，我们假定定时器工作在向上计数PWM模式，且当 CNT<CCRx时，输出0，当CNT>=CCRx时输出1。那么就可以得到如上的PWM示意图：当CNT值小于CCRx的时候，IO输出低电平(0)，当CNT值大于等于CCRx的时候，IO输出高电平(1)，当CNT达到ARR值的时候，重新归零，然后重新向上计数，依次循环。改变CCRx的值，就可以改变PWM输出的占空比，改变 ARR的值，就可以改变PWM输出的频率，这就是PWM输出的原理。

$ \- [4 A" P/ d$ s' i0 \% ]) t# o

STM32的定时器几乎都能够产生PWM波，高级定时器 TIM1和TIM8可以同时产生多达7路的PWM输出。而通用定时器也能同时产生多达4路的PWM输出，如下图定时器4，可以产生4路PWM波。本文，咱们只使用一路PWM，学懂原理之后，随便怎么搞~

' _, P8 A/ @; Q+ u: m4 x

- i! T5 S4 t+ E. r- n/ T) o5 a

cubemx配置PWM

本次使用的是TIM4的通道4来产生PWM波，也即是PB9。硬件连接比较简单，LED正极连接PB9，负极连接GND即可。

关于时钟等配置，就不多做介绍了

选择TIM4->勾选inter clock->通道4->PWM output CH4->PB9

定时器参数配置，主要分为两部分，一部分是定时器的基本配置，分频系数、周期，这个配置不是固定的，把握频率的计算方式即可：

fclk= (Fcore/(Prescaler+1)/(Period+1)

按照我的配置，计算有得到：

fclk = 72000000/500/72=2KHZ

这个频率是直接影响到LED灯光的闪烁频率的，如果设置的太低了，会有明显的闪烁感。

1 H2 ^0 [0 g% K

PB9是被复用的

2 M  b* G  f( R" M* y/ }6 d

配置是比较简单的，直接生成代码即可

PWM代码解析

上面知道，PB9是被复用为PWM通道功能的,代码如下，自从有了cubemx，代码初始化似乎变得简单了呢...

1. void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* timHandle)
   0 w- r& |& A5 a+ Y
2. {
   5 x# g6 n. P% [) x
3. 
   
4.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
   ) f% [. }9 R8 b- \2 s$ e/ I
5.   if(timHandle->Instance==TIM4)
   
6.   {
   
7.   /* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 0 */
   . G" I, A8 O( A8 Q+ v- u
8. 
   ! E2 V% g5 c/ j5 q0 C0 ^, @
9.   /* USER CODE END TIM4_MspPostInit 0 */
   ' n) z& h6 c7 }# u, x1 T
10. 
    $ q& A& Y2 F5 E& b* F1 I
11.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
12.     /**TIM4 GPIO Configuration
    
13.     PB9     ------> TIM4_CH4
    
14.     */
    
15.     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
    
16.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    . F0 E& w: r  W# Y, m9 T- f
17.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    
18.     HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
19. 
    2 Z; W. Q$ h# M, M; `4 i$ c
20.   /* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 1 */
    
21. 
    
22.   /* USER CODE END TIM4_MspPostInit 1 */
    6 \6 r, d) j3 K$ J$ D
23.   }
    5 w3 _! q" F8 J: c: s5 m
24. 
    
25. }

复制代码

# ~1 K/ m3 L( m' p3 `( v8 Y$ j, s8 G/ A

上面我们对定时器及PWM参数的配置代码如下，其中有一个参数.pulse，这个参数是决定PWM的占空比的，计算如下：

Pulse = .pulse/period

计算得出的就是我们波形，高电平（由于是配置的模式1）所占整个周期的比例，占得比例越高，相应的电压会越高，对应的LED灯会越亮

关于定时器的参数是被封装在一个结构体里面的：

1. /**
   
2.   * @brief  TIM Time base Configuration Structure definition
   
3.   */
   ) {* U+ U+ {1 v" E+ s  C
4. typedef struct
   
5. {
   9 m- Q  m2 A! `& P* c0 M% V
6.   uint32_t Prescaler;         /*!< Specifies the prescaler value used to divide the TIM clock.
   
7.                                    This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF */
   7 Y' ~8 ^' T- W/ G/ R7 l) X
8. 
   % G2 X4 Y: e+ E9 V* v
9.   uint32_t CounterMode;       /*!< Specifies the counter mode.
   0 w: S+ g8 p' O( _& j
10.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_Counter_Mode */
    
11. 
    # x& M/ p9 t, q9 ]5 D
12.   uint32_t Period;            /*!< Specifies the period value to be loaded into the active
    
13.                                    Auto-Reload Register at the next update event.
    $ X3 w1 X9 {3 n
14.                                    This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF.  */
    8 c: D9 g$ @+ [1 L; b% _- Y! s
15. 
    ) b; Y# p% ^% m* ^* D9 d
16.   uint32_t ClockDivision;     /*!< Specifies the clock division.
    
17.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_ClockDivision */
    . l+ h# B  m) ]* z1 k
18. 
    9 o+ b* g" d& ^
19.   uint32_t RepetitionCounter;  /*!< Specifies the repetition counter value. Each time the RCR downcounter
    
20.                                     reaches zero, an update event is generated and counting restarts
    
21.                                     from the RCR value (N).
    " g. ?# H& a* P  `+ S& q, d
22.                                     This means in PWM mode that (N+1) corresponds to:
    
23.                                         - the number of PWM periods in edge-aligned mode
    
24.                                         - the number of half PWM period in center-aligned mode
    * N! w3 R* b7 H
25.                                      GP timers: this parameter must be a number between Min_Data = 0x00 and
    
26.                                      Max_Data = 0xFF.
    
27.                                      Advanced timers: this parameter must be a number between Min_Data = 0x0000 and
    
28.                                      Max_Data = 0xFFFF. */
    
29. 
    
30.   uint32_t AutoReloadPreload;  /*!< Specifies the auto-reload preload.
    
31.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_AutoReloadPreload */
    : Z0 @9 y" U  H1 c7 }
32. } TIM_Base_InitTypeDef;

复制代码

1. /**
   
2.   * @brief  TIM One Pulse Mode Configuration Structure definition
   
3.   */
   0 N. Q6 A) f  Z* o  k9 F
4. typedef struct
   4 X: T9 b' Y8 n  Y9 B0 J% v% R
5. {
   ! R0 K- A1 j: }2 C: Z7 v. m
6.   uint32_t OCMode;        /*!< Specifies the TIM mode.
   
7.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_and_PWM_modes */
   3 f  _2 }# T; C# z. r
8. 
   & [) H  n$ N/ Q9 M( H
9.   uint32_t Pulse;         /*!< Specifies the pulse value to be loaded into the Capture Compare Register.
   
10.                                This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF */
    
11. 
      @1 g8 i2 M4 N
12.   uint32_t OCPolarity;    /*!< Specifies the output polarity.
    
13.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_Polarity */
    / @0 r+ ?: V# Y9 s: L
14. 
    
15.   uint32_t OCNPolarity;   /*!< Specifies the complementary output polarity.
    / |# Q; i8 v* Q& s! i4 t
16.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_N_Polarity
    
17.                                @note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
    
18. 
    
19.   uint32_t OCIdleState;   /*!< Specifies the TIM Output Compare pin state during Idle state.
    
20.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_Idle_State
    
21.                                @note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
    ! n  {9 e, e, y" q' o
22. 
    
23.   uint32_t OCNIdleState;  /*!< Specifies the TIM Output Compare pin state during Idle state.
    
24.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_N_Idle_State
    . ]" A; u: N& H! }
25.                                @note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
    / c* x) Q4 [- f
26. 
    
27.   uint32_t ICPolarity;    /*!< Specifies the active edge of the input signal.
    
28.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Polarity */
    
29. 
    9 q- a( l  |0 `: v- K$ e
30.   uint32_t ICSelection;   /*!< Specifies the input.
    
31.                               This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Selection */
    ; z* B7 m! U! ?' ?) k
32. 
    
33.   uint32_t ICFilter;      /*!< Specifies the input capture filter.
    " [9 d  e7 t* A' p1 j5 r  i
34.                               This parameter can be a number between Min_Data = 0x0 and Max_Data = 0xF */
    
35. } TIM_OnePulse_InitTypeDef;

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同样的，PWM的配置也是被封装在一个结构体里面，所以说，用了cubemx是方便了，其实对初学者学习是不太好的，知道了怎么用功能，但是背后的代码结构可能了解的会很少...

3 Y1 y7 |* J1 j

关于PWM的函数还是非常多的，此次功能比较简单，仅仅用到了红框中的几个函数，主要看看start函数，其他的初始化过程中自动调用了，不用关心。

' S) P; {" g7 J2 o- {( x

start函数需要传两个参数，一个是定时器，另一个是对应的PWM通道号，本次

利用到的是TIM4，通道4

启动定时器之后，我们需要更改的参数是PWM的占空间比，HAL库以宏定义的方式给了我们定义，看了这个代码之后，你有没有一种感觉，每天满世界找优秀的代码，找优美的宏定义写法，这不就挺好的...所以，库函数本身就是一个宝藏学习资料，大家不要忽略了

  z7 m3 u' f) o3 f- y8 B! ~

+ g, q/ n3 q* v! O& K2 [1 B

代码编写

看了上面的函数介绍之后，其实写起来就很简单了，结构体能够让代码变得整洁一些，先来定义一个呼吸灯相关的结构体：

1. typedef struct{
   6 H7 X  ^7 U' j+ A" n" Y
2. uint16_t LedpwmVal;//占空比调整参数
   * q) x/ Q2 Q  {$ _
3. uint8_t LedpwmVal_Dir:1;//调整方向，1-递增，0递减
   % y, V3 y6 N5 H0 t" }
4. }peripheral;

复制代码

2 Y# M4 |+ ^8 b; h* l

初始化结构体成员为0,1，启动PWM波，接下来编写呼吸灯效果代码，代码也是非常的简单，延时是不能省略的，否则效果是眼睛分辨不出来的...代码也是非常的简单

+ p0 M4 r; F% N
* z( t' t3 a0 L$ A/ ~0 x

1. while (1)
   
2.   {
   
3.     /* USER CODE END WHILE */
   
4. 
   
5.     /* USER CODE BEGIN 3 */
   
6.   HAL_Delay(10);//加延时，否则变化不明显，看不到效果
   2 \) b* V, y% n& ^* v; g
7.   
     V& [* x) C3 m/ U) `( i$ L2 `
8.   if(PWM.LedpwmVal_Dir)
   
9.    PWM.LedpwmVal++;
   1 ], K/ V, L* i7 Y( o6 l. D9 |4 |) _
10.   else
    
11.    PWM.LedpwmVal--;
    
12.   
    
13.   if(PWM.LedpwmVal>breath_UP)
    # F( M/ d: U9 ~, |* L! E: f2 z4 k& k
14.    PWM.LedpwmVal_Dir=Breath_DOWN;//切换为PWM值递减状态
    
15.   
    % G' d" |9 I$ d. O
16.   if(PWM.LedpwmVal==Breath_DOWN)
    + ?+ `  F+ t  Y# ~) n/ p3 c: V
17.    PWM.LedpwmVal_Dir=1;//切换为PWM值递增状态
    
18.   
    ; F& c6 ^# ~$ `; ?* a" m8 R
19. // TIM4->CCR4 = PWM.LedpwmVal;
    7 k( o4 m4 Y. }) t& N
20.   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_4,PWM.LedpwmVal);//设置占空比参数
    
21.   }

复制代码

呼吸灯波形实际是怎么样的呢，接下来通过逻辑分析仪来看看波形

为了效果明显，我们选择10ms增加10的比例来看看波形：

递增效果：

递减效果：

, k) S4 g- i) _4 d转载自：Embedded小飞哥
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