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基于STM32实战用定时器实现呼吸灯经验分享

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攻城狮Melo 发布时间:2023-6-14 16:20
我们这次只使用一块STM32核心板并且基于上篇中实现的工程模板进行开发即可。开始之前,先介绍一下什么是PWM。
0 M1 Q; l3 J: J1 m- o) s) [
7 g+ x9 F" Y6 I; e# C
1、什么是PWM8 K' B, h8 G- U! B4 T
脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)是一种通过数字信号控制模拟器件的方式,它通过产生不同占空比(Duty Cycle)的矩形波来在输出端等效出不同电压值的控制效果,即对输出的脉冲宽度(占空比)进行调制,实现其对模拟器件的控制。下图展示了三种不同占空比PWM波的时间-幅度图:
) ]0 Q8 Y/ n3 A, d: i7 r
5 ?& z; K, E6 A/ w6 r# }
5 K: K* Q" s# Q9 c$ v$ S' H$ A
微信图片_20230614161846.png 2 u8 r! k9 V; g# P

0 z+ [! N) ~; @% u5 M
4 K  c2 p/ y9 ?( ?* |! U
PWM的输出等效电压计算公式为:0 F9 Q  F$ t' n% j/ R9 o7 L
, t2 V' j/ m; z1 ]' I) U% H

, M1 C+ g. ]8 N' F& a 微信图片_20230614161842.png 7 y, m, u; J# i# E0 d9 w# i. H  R
# W. l  y' G. Z7 n

$ |; X) z6 [# b6 d/ w假设上述三种PWM波的VCC为5V,则上述三种等效输出电压分别为1.5V、2.5V、3.5V,即使用数字信号实现了模拟控制。) E5 U8 U& p) `3 \

- t2 Z( u, e0 q: z# Y$ Y" ~

8 [0 V) b  s1 v* o; M2 B
/ P% g3 P1 E1 [2 F8 o' T, g) D! c

+ B+ W$ z: a, @" s2、STM32定时器
从官网上或使用CubeMX查询可知STM32F103RCT6属于大容量产品,共计有8个16位定时器,其中定时器1与定时器8为高级定时器;定时器2、3、4、5为通用定时器;定时器6、7为基本定时器。高级定时器与基本定时器都各有4个通道可以用来实现输入捕获或生成PWM等功能,同时高级定时器还具有输出互补PWM、刹车控制等功能。而基本定时器可以实现定时产生中断的基本功能。
本次使用的LED连接在PA8上,查询F1的数据手册可知其可被复用为TIM1_CH1,即定时器1的输出通道1,可以使用该通道生成一个PWM。再使用定时器2生成一个周期性中断,改变PWM的占空比,生成一个占空比变化的PWM波,同时学**定时器的使用方法。
6 i3 y, {6 L) P; K) v# y
在HAL库中基本每个.C文件都对应了一个外设,里面封装了对该外设的各种操作函数,在文件中还有详细的注释描述其使用方法.例如定时器操作的源码就在stm32f1xx_hal_tim.c文件中,按照文件开始的注释中的说明,定时器或PWM生成的基本步骤为:
  • 根据用途调用HAL_TIM_Base_MspInit()或HAL_TIM_PWM_MspInit()等函数进行初始化
  • 使用__HAL_RCC_TIMx_CLK_ENABLE()使能定时器对应的时钟,设置使用的IO
  • 根据用途调用HAL_TIM_PWM_ConfigChannel()等进行进一步设置
  • 调用HAL_TIM_Base_Start()或HAL_TIM_PWM_Start()启动定时器
      u8 d- d  }8 f7 m9 o4 ?! P3 ?% F
6 c1 r2 Y0 P& l3 Z
3、代码编写
为了方便后续管理,我将GPIO的部分与定时器的部分分开,并且开启定时器2的中断功能。1、GPIO部分负责初始化PA8端口,并设置为功能复用。gpio.c与gpio.h内容如下:! I) k3 k& ~  ^( E" D. d
  1. // gpio.c; e8 }! }% M; W2 e4 n6 S
  2. #include "gpio.h"( o3 R9 A% T5 Y; X6 ]+ \" C* _

  3.   M+ z/ Y  @" ~6 L; B5 Y. f
  4. int GPIOInit(void)
    % n+ w/ Y+ M: q( h1 |
  5. {/ q: a2 |; R8 A: F8 s* Y4 Y
  6.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};. U# @4 X/ ?2 Q3 v' J
  7.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();: _, u" z/ ]$ M# g* m# X% O0 d3 d( j

  8. , u/ W- ^* C3 a- G0 k
  9.   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8;
    9 R" h8 x7 [" O4 m0 _# e
  10.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    & ~1 s# g. v8 r% d8 x8 `
  11.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;! T4 I- ^0 N1 O  K, d* w( D
  12.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    ) |' C8 b! j" [' J
  13.   HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);% d4 @( F& X; B

  14. 1 e, G+ [2 v7 i& Y" C  G* `: @
  15.   return 0;
    " ?% U$ _9 y" d) r/ a# h8 B
  16. }
复制代码
  1. // gpio.h6 D4 {( z+ b9 ~& b% i* [9 J9 c
  2. #ifndef __GPIO__H__
    4 u! _% R# y5 u" _# |
  3. #define __GPIO__H__4 e6 u* D0 v+ N4 N6 W
  4. , P- d* p3 }  I3 \) ?9 u% a
  5. #ifdef __cplusplus4 K! t1 v# N5 {$ h8 R
  6. extern "C" {: E: A& u/ A! J; C* d
  7. #endif% {6 Z: v7 G+ ~; R: Z- S

  8. . W) C  {# B0 u
  9. #include "stm32f1xx_hal.h"
    $ v* G& S# u; e2 B# o

  10. 8 ^2 ~2 q: |8 A
  11. int GPIOInit(void);
    4 l. ]. {; i; ^( \9 o' b; G* r

  12. , b- e8 n1 w' E6 |8 r+ O% L5 B
  13. #ifdef __cplusplus$ u) N  M* I4 Z: A
  14. }
    * P1 q' N  q* ], V0 ]: _6 m: b
  15. #endif  L  G, w" k9 Y

  16. 0 u7 n; v) P- a8 Z
  17. #endif
复制代码
5 H5 |+ Z9 G: j$ x
8 S% ^0 S) B  r1 t6 s
2、定时器部分负责初始化定时器1与定时器2,设定的频率分别为1kHz与100Hz,并且设置定时器1输出PWM的占空比。timer.c与timer.h内容如下:
0 L& ?, b, Y( A+ }+ u
  1. // timer.c/ {' W8 I3 M: f# l  P6 V; X
  2. #include "timer.h"
    : O! Z7 n+ P/ @9 Q: K0 A$ L" \
  3. 2 e  u  d' i3 s4 z- b$ G3 r% A
  4. TimerDef timer1, timer2;2 P1 v% y- i$ {4 x4 V+ s. y
  5. / ^7 q) V) U& a
  6. int TimerInit(void)
    * }% \; J2 K' L1 u
  7. {
    ' }" {! Y0 I# G- {5 M
  8.     TimerDef *tmpTim = &timer1;5 P1 U! E* t" ^" j9 \
  9.     /* 1kHz */
    . m- L) x  ~  j
  10.     tmpTim->TIM_Handle.Instance = TIM1;. S' f( G" d" t5 e: x0 e8 J
  11.     tmpTim->TIM_Handle.Init.Prescaler = 72 - 1;
    ( t# L( A) t6 S/ O: z, j3 a' r/ j
  12.     tmpTim->TIM_Handle.Init.Period = 1000;
    , X: U* P, j5 U2 c
  13. ; Z. Q  Q" E! o  `
  14.     __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE();0 n+ ]3 i# p8 N2 `) |- B2 z
  15.     HAL_TIM_PWM_Init(&tmpTim->TIM_Handle);) {- g- P7 O( s# }; f: ^

  16. + Z* @* {7 u" X6 B& @' B
  17.     tmpTim = &timer2;& V- G; `2 o% y( `1 T* s8 G; B
  18.     /* 100Hz */0 W, O& D4 N1 c2 v* L7 C
  19.     tmpTim->TIM_Handle.Instance = TIM2;
    8 T) Z! ^3 w) G* _7 N
  20.     tmpTim->TIM_Handle.Init.Prescaler = 72 - 1;
    3 n& e8 D: N6 V# Z: @4 A0 R. C
  21.     tmpTim->TIM_Handle.Init.Period = 10000;
    ; }+ U! {! `( v+ {7 i4 ?
  22. ) ]1 a9 X, k7 w1 E8 S! f& W
  23.     __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();
    , b! Q; m& P2 d) z# E6 S( Q7 I

  24. 6 Q7 @5 P7 e1 J* ?
  25.     HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 0, 0);. X! v- O% j: B, R. s$ z
  26.     HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);
    7 _" L' r$ ?  R9 N

  27. 3 {& F4 J* u' V4 D4 k9 K6 N; }- {
  28.     HAL_TIM_Base_Init(&tmpTim->TIM_Handle);
    ) g# g8 f" b: Y+ C+ ~
  29.     HAL_TIM_Base_Start_IT(&tmpTim->TIM_Handle);+ u2 [: u+ X* {
  30. * p7 J! `# ^5 R/ f7 v9 }; N, R
  31.     return 0;
    & _3 s7 X( ~) E, w; T. e' [7 d
  32. }
    7 q5 w# i0 M4 l: X

  33. 0 G$ t& J  [% P# N; W
  34. /**
    3 q5 p- L9 H- G. B' F% y$ ?6 G/ w+ h
  35. * \brief Set the PWM config and starts the PWM output.
    0 J% _2 S: E2 ~0 O7 V
  36. * \param handle Timer handle
    2 H; d) @- `8 E6 r; X, l2 @
  37. * \param channel the TIM Channel. e: K" S7 B& _' \. U% k  R
  38. * \param duty the duty of PWM
    * _( E( q+ u2 b# |: q
  39. * \return status
    ' b1 D6 L: \$ ?4 r& y4 l: A3 f
  40. */
    9 p: R# o0 S! y1 D
  41. int TimerSetPulse(TimerDef *handle, uint32_t channel, float duty)
    $ n- I2 O+ `- Z8 c1 l9 I
  42. {
    7 O" v6 z% j4 k1 |( e2 c0 _$ b
  43.     int t = handle->TIM_Handle.Init.Period * duty;
    $ m4 z% P. Q( c: t+ g- D
  44.     handle->TIM_OC_Handle.Pulse = t;2 Y: _& B5 {! @9 x
  45.     handle->TIM_OC_Handle.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;6 d. o8 g5 U, ]  _1 ~, y0 F
  46. 8 e9 d% H/ ~# P
  47.     HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&handle->TIM_Handle, &handle->TIM_OC_Handle, channel);
    " D6 n. F' r* a, p% V
  48.     HAL_TIM_PWM_Start(&handle->TIM_Handle, channel);
    / g% Q: S8 K! [9 }6 x+ t" _
  49.     return 0;
    2 Z6 z' Y# Z. B( e9 i7 e' Y- C
  50. }
复制代码
  1. // timer.h" b; X) W; d0 `1 a" N
  2. #ifndef __TIMER__H__/ |/ V; R( n' I8 \: Q! H: h; c' |
  3. #define __TIMER__H__0 Y) U7 B+ p' ]7 v! t& \

  4. % S8 L, P' t; I0 e
  5. #ifdef __cplusplus) L2 e* u6 Q, A! ~* T0 n
  6. extern "C" {
    / Q  H9 w2 K8 \& V5 J& f
  7. #endif
    ! O6 H0 y1 v1 G) j/ J

  8. 4 v5 r# o$ W& \, D" }* U
  9. #include "stm32f1xx_hal.h"
    6 D" l6 W  u. v) Z, f, S  k

  10. 0 e2 _6 x; L/ B/ \" y$ u6 I- T) f
  11. typedef struct TimerDef
    & O+ D$ }; q# I! O8 N9 i
  12. {
    , H8 r% ~7 k7 ^
  13.     TIM_HandleTypeDef TIM_Handle;# t# |' t& _6 `  t/ Y* s1 r4 b
  14.     TIM_OC_InitTypeDef TIM_OC_Handle;% x6 ?+ o: e3 N, H

  15. $ d: y" e) t& e
  16. }TimerDef;
    8 T' f: S# E' N4 k% E/ K

  17. & m' ~1 v' y0 o1 M" e
  18. int TimerInit(void);- I0 A. K. z' R- D5 }7 W
  19. int TimerSetPulse(TimerDef *handle, uint32_t channel, float duty);! v% K2 c: n, e. \+ ^

  20. " ~, I! J' ?( P# l% i' c, x* M& O  `
  21. extern TimerDef timer1, timer2;
    . q; b) C$ d) P1 B4 E1 f# I
  22. 4 w2 t7 b4 v, y# p
  23. #ifdef __cplusplus
    - p( K8 d" _& y9 \: P2 B. y2 T* I
  24. }: b7 U2 H: z) |
  25. #endif
    ; T: h/ P( b( _5 X2 Q4 E
  26. / B- f! z) k, Y) s9 O
  27. #endif
    $ V: D1 [( }" s% _
复制代码
! N! h) ?* A3 q
' S) F9 n% q  u* I- e
3、定时器2中断函数:因为上面开启了定时器2中断,所以需要自行实现中断函数。这里在中断函数里每次增加PWM的1%占空比,增加到100%后变为每次减小1%,减小到0后再增加,如此往复。
0 a0 C/ k4 h3 l! b/ o+ j- t
  1. void TIM2_IRQHandler(void)
    0 L& Q1 A. S8 k5 [* a
  2. {
    - A" F3 W: {6 l% ^! f
  3.     static int duty = 0;
    + R6 ]( p+ w$ f1 k2 Q' f. q# c. w
  4.     static int inc = 1;
    5 F+ W' N! x1 s: k$ c
  5. . ]0 y3 Y2 N' p
  6.     /* HAL库通用定时器中断处理函数 */
    ; H; K4 [' J$ U7 G4 G/ l$ d2 b+ q
  7.     HAL_TIM_IRQHandler(&timer2.TIM_Handle);* P( b( T+ {: o0 G5 N) T7 I- S3 L( |

  8. * r$ e, \" d$ f
  9.     duty += inc;( h- V4 Y' V: I2 u" k: s
  10.     if((duty >= 100) || (duty <= 0))' u1 x6 Y4 h) c. O& D
  11.     {   /* 当占空比到100或0时改变变化方向 */* w& ?' w' I. h: G
  12.         inc = -inc;
    5 A- q+ _1 U8 A) W" a4 ^
  13.     }
    ) i% q2 g* x# O" S

  14. & G8 \2 p9 I8 H. z# W3 x, v
  15.     TimerSetPulse(&timer1, TIM_CHANNEL_1, duty / 100.0);9 y5 ]( r* ?( b) @7 d5 \/ s* G
  16. }
复制代码

1 S$ O. P3 W* Y
6 ?4 ]/ w$ ^% p% N/ M3 D4、总结) ?7 v6 m0 p4 {4 H! X7 }
至此我们就实现了呼吸灯代码的编写,我们使用了TIM1产生PWM驱动LED,使用TIM2产生中断修改PWM的占空比,让LED的亮度发生变化。, @, B$ N0 R; B' D, M' m1 g' z

1 z9 c# W( M, k+ I) H/ x1 p
微信图片_20230614161837.gif

! r/ j6 J% x8 o# ~' g% E通过示波器可以直观的看到该PWM的占空比是时刻在变化的,本期代码可以在文后网址中下载。下期我们来聊聊串口的使用,扫一扫下方二维码关注我,我们下期再见。

) }0 }& d& i$ ?$ M
微信图片_20230614161636.gif
$ P4 i& c* f; b  |; A* ^. z

& J( K' D, V6 f; D3 a# m1 C5 e
$ L5 l6 A" k2 o, p2 b, v转载自: 嵌入式技术栈
  F! ^6 L0 e6 E1 x; o4 K* F4 D+ G, U1 v; P( m如有侵权请联系删除
5 b7 u5 W/ W5 [+ [6 ]- \) z
5 b$ i' o- i  Y, ?3 m6 [. l0 |/ P% q
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