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 F; P) U- r  a, m- r) S1 H

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）

" `" ?  F2 ]/ j

' U/ k4 k6 j. h9 s

PWM 原理示意图

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。

- w& l9 ~6 M+ d- T) |

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~

% \( Q) l$ ?9 ?

/ F8 a+ ?' p0 S: ^' @

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)

, }0 x7 [$ J7 Q7 ^

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。

$ q; S: _/ W' E- I1 {5 C: [

7 g9 U$ X  ?! V7 X

PB9是被复用的

- ]1 K. q7 M. \& c

; H: A, d# y5 x, L3 b6 X

配置是比较简单的，直接生成代码即可

- |4 j$ z7 P) I) Z% p. y

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)
   
2. {
   , ^' e; \% x  a' Y0 A) J
3. 
   ) v. v& k  s* J
4.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
   3 E! H: I* C6 A, b; f1 Y; _
5.   if(timHandle->Instance==TIM4)
   ' j! i! f+ w! G8 `" ~( u* `9 K
6.   {
   
7.   /* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 0 */
   
8. 
   
9.   /* USER CODE END TIM4_MspPostInit 0 */
   " N5 O5 ?& c; Y# ]3 k
10. 
    
11.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
12.     /**TIM4 GPIO Configuration
    
13.     PB9     ------> TIM4_CH4
    6 Y0 l3 s1 W8 m+ _1 o! L4 J. }; V
14.     */
    / x+ s* ^) c8 R
15.     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
    2 h! M8 U; R4 Q1 I% g* B/ V
16.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    
17.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    
18.     HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
19. 
    
20.   /* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 1 */
    2 \+ e6 ]3 R9 q
21. 
    - I5 U1 N$ T. m
22.   /* USER CODE END TIM4_MspPostInit 1 */
    - U7 m  ~3 c! j) I) t5 d# z  C
23.   }
    
24. 
    
25. }

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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

# M. p3 Q" M) G6 ~3 s' Z: z. k

关于定时器的参数是被封装在一个结构体里面的：

1. /**
   ' n& T( ^; @3 D& T9 Z3 {
2.   * @brief  TIM Time base Configuration Structure definition
   
3.   */
     E( C! e' U6 K4 i* i
4. typedef struct
   ; g& ]; ~. I+ P* e
5. {
   
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 */
   
8. 
   & u! i* u3 }- R# B6 Y
9.   uint32_t CounterMode;       /*!< Specifies the counter mode.
   
10.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_Counter_Mode */
    
11. 
    / \, \% z5 i4 U: x. q5 s3 ?
12.   uint32_t Period;            /*!< Specifies the period value to be loaded into the active
    
13.                                    Auto-Reload Register at the next update event.
    
14.                                    This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF.  */
    
15. 
    
16.   uint32_t ClockDivision;     /*!< Specifies the clock division.
    * X9 C7 R6 M% V, P
17.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_ClockDivision */
    
18. 
    
19.   uint32_t RepetitionCounter;  /*!< Specifies the repetition counter value. Each time the RCR downcounter
    ) X: j2 ^% @% }7 l3 I
20.                                     reaches zero, an update event is generated and counting restarts
    
21.                                     from the RCR value (N).
    9 u: [- I. y+ _/ S' w3 C4 }
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
    
25.                                      GP timers: this parameter must be a number between Min_Data = 0x00 and
    
26.                                      Max_Data = 0xFF.
    3 o1 q7 Q+ a. [! @0 s8 X
27.                                      Advanced timers: this parameter must be a number between Min_Data = 0x0000 and
    1 V7 J5 v9 l7 s! F9 ~
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 */
    / I1 ~2 |0 w6 O+ I9 O" d
32. } TIM_Base_InitTypeDef;

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1. /**
   
2.   * @brief  TIM One Pulse Mode Configuration Structure definition
   
3.   */
   
4. typedef struct
   
5. {
   9 g, @) K/ v; b0 y/ u4 {
6.   uint32_t OCMode;        /*!< Specifies the TIM mode.
   
7.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_and_PWM_modes */
   - l( {! x1 {0 i3 r) i! W6 {8 j
8. 
   
9.   uint32_t Pulse;         /*!< Specifies the pulse value to be loaded into the Capture Compare Register.
   , l: O. c+ J: f5 V  O9 i
10.                                This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF */
    9 K* z  d3 n5 q+ @7 G: R
11. 
    ' Z( U! b$ i2 V: s. [/ S
12.   uint32_t OCPolarity;    /*!< Specifies the output polarity.
    ) ~9 I- k' f+ X
13.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_Polarity */
    
14. 
    * W8 N' C9 F4 g" t) W- Y
15.   uint32_t OCNPolarity;   /*!< Specifies the complementary output polarity.
    
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.
    : T- A* G1 ?0 @* q
20.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_Idle_State
    8 b% [7 k& O, W+ z9 s: r8 |
21.                                @note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
    , i1 J  N3 U; f& ^
22. 
    6 ?/ f+ N6 X3 `& }/ A
23.   uint32_t OCNIdleState;  /*!< Specifies the TIM Output Compare pin state during Idle state.
    ( P% |" p3 P- L  T
24.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_N_Idle_State
    
25.                                @note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
    
26. 
    / n1 T) J4 x+ B3 Y8 q6 a- {; s1 o
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. 
    
30.   uint32_t ICSelection;   /*!< Specifies the input.
    ' ]; X/ X* k& Z# q  i" w
31.                               This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Selection */
    3 F# b9 d2 Y, f& P5 i
32. 
    
33.   uint32_t ICFilter;      /*!< Specifies the input capture filter.
    
34.                               This parameter can be a number between Min_Data = 0x0 and Max_Data = 0xF */
    9 I- k7 |6 x/ i5 J; c5 b( U2 L
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...

, K, Q( q0 k7 w3 f7 L! M

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。

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

7 B3 D% l7 @, I) Q

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

! i) `6 n5 U: ^* H, a( p

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{
   ' Q" y8 P: b+ E- c
2. uint16_t LedpwmVal;//占空比调整参数
   : ^) V- L: ?2 g# {8 V& U2 [: a
3. uint8_t LedpwmVal_Dir:1;//调整方向，1-递增，0递减
   ! m; P% b: V1 `- s6 r
4. }peripheral;

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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

. X; H( }; y2 d6 _% {- t

1. while (1)
   
2.   {
   # Y  H9 v3 _& v$ R$ k
3.     /* USER CODE END WHILE */
   8 q$ C0 k5 M/ t) Q
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
   
7.   
   ) L1 a: J$ [0 t5 p$ H4 ~( K! A5 E
8.   if(PWM.LedpwmVal_Dir)
   5 w& d8 Q/ M% `6 m
9.    PWM.LedpwmVal++;
   " `. v/ {1 @( ~  D
10.   else
    
11.    PWM.LedpwmVal--;
    % N. }1 `1 H0 J, s# @) h7 }7 t  U
12.   
    - m; Q/ F! ^9 \: G7 k, @
13.   if(PWM.LedpwmVal>breath_UP)
    7 N1 j+ h  l* P$ \
14.    PWM.LedpwmVal_Dir=Breath_DOWN;//切换为PWM值递减状态
    
15.   
    6 \8 Z# H$ x* o4 i
16.   if(PWM.LedpwmVal==Breath_DOWN)
    
17.    PWM.LedpwmVal_Dir=1;//切换为PWM值递增状态
    
18.   
    $ r# K- k+ J/ ~& I
19. // TIM4->CCR4 = PWM.LedpwmVal;
    & K* [/ K: `6 p3 z' y) @5 X
20.   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_4,PWM.LedpwmVal);//设置占空比参数
    . }+ p9 g: T3 p
21.   }

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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：

0 Y+ E* B/ M6 o$ D9 E. J7 \转载自：Embedded小飞哥
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% f, r/ R2 m5 z; D" k8 ?