前言
  d- T1 J& u8 s. D  m利用PWM控制实现全彩LED灯

一、相关知识
1.全彩 LED 灯简介
* J, u' {3 ^, ?: e全彩 LED 灯，实质上是一种把红、绿、蓝单色发光体集成到小面积区域中的 LED 灯，控制时对这三种颜色的灯管输出不同的光照强度，即可混合得到不同的颜色，其混色原理与光的三原色混合原理一致。

本工程配套开发板中的 RGB 灯就是一种全彩 LED 灯，实现LED 基本控制时候，只能控制 RGB 三色灯的亮灭，即 RGB 每盏灯有[0:1]两种等级，因此只能组合出 8种颜色。要使用 STM32 控制 LED 灯输出多种亮度等级，可以通过控制输出脉冲的占空比来实现
- X4 C9 h) L1 c: h- @0 a
- U+ u  r! t' Z* s6 L

图中列出了周期相同而占空比分别为 100%、80%、50%和 20%的脉冲波形，假如利用这样的脉冲控制 LED 灯，即可控制 LED 灯亮灭时间长度的比例。若提高脉冲的频率，LED 灯将会高频率进行开关切换，由于视觉暂留效应，人眼看不到 LED 灯的开关导致的闪烁现象，而是感觉到使用不同占空比的脉冲控制 LED 灯时的亮度差别。即单个控制周期内，LED 灯亮的平均时间越长，亮度就越高，反之越暗。
把脉冲信号占空比分成 256 个等级，即可用于控制 LED 灯输出 256 种亮度，使用三种这样的信号控制 RGB 灯即可得到 256256256 种颜色混合的效果。而要控制占空比直接使用 STM32定时器的 PWM 功能即可。
3 @. D2 Z! G( `' I8 K
2.硬件简介
LED 硬件原理图

" s0 ?: s5 f, B
" h$ G% _$ U( \0 z& V% P' P
7 C0 c3 \! X6 q- JRGB 灯使用阴极分别连接到了 PB5、PB0 及 PB1，它们分别是定时器
TIM3 的通道 2、3、4，其中 PB5用于定时器输出通道时，需要使用重定义功能。

二、代码实现
: b4 h4 {! w8 c/ I: d1.编程要点
初始化 RGB灯使用的 GPIO；
配置定时器输出 PWM 脉冲；
编写修改 PWM脉冲占空比大小的函数；
测试配置的定时器脉冲控制周期是否会导致 LED 灯明显闪烁；
+ `3 |  k1 V$ W, }+ b, T3 d
2.LED灯硬件相关宏定义
color_led.h文件：

1. /********定时器通道*******/
   
2. #define  COLOR_TIMx      TIM3
   " U+ l0 u0 c" k0 }- F  p3 S
3. 
   
4. #define  COLOR_TIM_APBxClock_FUN            RCC_APB1PeriphClockCmd
   
5. #define  COLOR_TIM_CLK                                        RCC_APB1Periph_TIM3
   
6. #define  COLOR_TIM_GPIO_CLK     (RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO)
   4 o0 K/ U$ E+ U( F
7. //红灯的引脚需要重映射
   
8. #define COLOR_GPIO_REMAP_FUN()  GPIO_PinRemapConfig(GPI0_PartialRemap_TIM3，ENABLE);
   . h- x+ _7 m$ \/ W$ b
9. /********红灯*********/
   6 Y/ D; a: l) W/ t
10. #define COLOR_RED_TIM_LED_PORT   GPIOB
    # q. L, u9 v1 v1 a8 f7 P
11. #define COLOR_RED_TIM_LED_PIN   GPIO_Pin_5
    
12. 
    
13. #define COLOR_RED_TIM_OCxInit    TIM_0C2Init      //初始化通道函数
    
14. #define COLOR_RED_TIM_OCxPreloadconfig      TIM_OC2Preloadconfig//通道重载配置函数
    ' l  j) Q3 [3 X# I
15. 
    2 |& N! {  U2 ~% t9 M
16. //通道比较寄存器，以TIMx->CCRx方式可访问该寄存器，设置新的比较值，控制占空比
    1 ~+ ?( }; m1 N) ?
17. //以宏封装后，使用这种形式: COLOR_TIMx->COLOR_RED_CCRx ，可访问该通道的比较寄存器
    ! P; Q" U9 J7 q+ \) r2 ^' W
18. 
    / c! t1 c! K5 ?2 Q4 l0 t
19. #define COLOR_RED_CCRx    CCR2
    5 W+ d) T: f8 ]- M! k3 t# m2 Z
20. 
    9 R9 E: E0 x) B" L
21. /************绿灯***********/
    
22. 
    $ P' U- |8 R* V. Z7 o8 o7 C
23. #define COLOR_GREEN_TIM_LED_PORT   GPIOB
    ( o" G1 W( e/ }6 _
24. #define COLOR_GREEN_TIM_LED_PIN   GPIO_Pin_0
    5 c; R2 Q0 q( J( d* C1 _& G
25. 
    ( m9 f3 f! I7 V% Q- }2 u
26. #define COLOR_GREEN_TIM_OCxInit    TIM_0C3Init      //初始化通道函数
    - `# _' W( f( n, r4 R# ^; h5 E
27. #define COLOR_GREEN_TIM_OCxPreloadconfig      TIM_OC3Preloadconfig//通道重载配置函数
    & g6 l6 r8 Z% K1 ~# z! t' S
28. //通道比较寄存器，以TIMx->CCRx方式可访问该寄存器，设置新的比较值，控制占空比
    ( [5 ], G2 T% d% p! t, x7 e
29. //以宏封装后，使用这种形式: COLOR_TIMx->COLOR_GREEN_CCRx ，可访问该通道的比较寄存器
    + q0 J- d1 O- q2 P
30. #define COLOR_GREEN_CCRx    CCR3
    
31. 
    ( F. H+ K- P0 H6 r. i/ [
32. /************蓝灯***********/
    7 T5 S) H3 x. J/ w' a+ e
33. 
    ( J7 O2 [2 c$ s
34. #define COLOR_BLUE_TIM_LED_PORT   GPIOB
    
35. #define COLOR_BLUE_TIM_LED_PIN   GPIO_Pin_1
    / E4 C" N7 y; Z) j7 U5 f* z8 |
36. 
    
37. #define COLOR_BLUE_TIM_OCxInit    TIM_0C4Init      //初始化通道函数
    5 Z3 U9 V3 U. `) s% W0 F
38. #define COLOR_BLUE_TIM_OCxPreloadconfig      TIM_OC4Preloadconfig//通道重载配置函数
    
39. //通道比较寄存器，以TIMx->CCRx方式可访问该寄存器，设置新的比较值，控制占空比
    7 J7 H! W) j6 c6 y3 y1 X
40. //以宏封装后，使用这种形式: COLOR_TIMx->COLOR_BLUE_CCRx ，可访问该通道的比较寄存器
    
41. #define COLOR_BLUE_CCRx    CCR4
    
42. 
    
43. 
    
44. 
    ; Q: F- [- m' T  U: w, b
45. 
    

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这些宏定义包括使用的定时器编号 COLOR_TIMx、定时器时钟使能库函数COLOR_TIM_APBxClock_FUN 和引脚重映射操作COLOR_GPIO_REMAP_FUN。
控制各个 LED 灯时，每个颜色占用一个通道，这些与通道相关的也使用宏封装起来了，如：端口号 COLOR_xxx_TIM_LED_PORT、引脚号 COLOR_xxx_TIM_LED_PIN、通道初始化 库函 数 COLOR_xxx_TIM_OCxInit 、 通 道 重 载 配 置 库 函 数COLOR_xxx_TIM_OCxPreloadConfig 以及通道对应的比较寄存器名 COLOR_xxx_CCRx。其中 xxx宏中的 xxx指 RED、GREEN 和 BLUE 三种颜色。
为方便修改定时器某通道输出脉冲的占空比，初始化定时器后，可以直接使用形如―TIM3->CCR2=0xFFFFFF‖的代码修改定时器 TIM3 通道 2 的比较寄存器中的数值，使用本工程中的宏封装后，形式改为―COLOR_TIMx ->COLOR_RED_CCRx=0xFFFFFF。

9 k) z+ s5 V& B* Z  t2.初始化 GPIO
初始化用于定时器输出通道的 GPIO

1. //配置COLOR_TIMx复用输出PWM时用到的工/O
   # B9 s7 O* ~5 a/ I4 i' \5 h2 s; q
2. 
   - k2 G9 ]. S, p1 z
3. static void COLOR_TIMx_GPIO_Config (void)
   
4. {
   0 z3 ?( @5 Y$ F5 U" q' @' S
5.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   6 I) e% J# v/ r+ @0 |" `/ l
6.         /* GPIo clock enable */
   5 a8 @1 ]- I. G8 z; `1 V1 e! `' H
7.         RCC_APB2PeriphClockCmd (COLOR_TIM_GPIO_CLK,ENABLE);
   $ x  b9 k, @1 x
8.         //IO设置
   
9.         COLOR_GPIO_REMAP_FUN () ;
   
10.         /*配置LED灯用到的引脚*/
    
11.         //红
    2 h3 e, z- f, z7 t  V" }
12.         GPIO_Initstructure.GPIO_Pin = COLOR_RED_TIM_LED_PIN ;
    
13.         GPIO_Initstructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;     //复用推挽输出
    ' I5 g2 `; s: h# w4 x. \
14.         GPIO_Initstructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
15.         GPIO_Init(COLOR_RED_TIM_LED_PORT,&GPIO_Initstructure) ;
    
16.         //绿
    
17.         GPIO_Initstructure.GPIO_Pin = COLOR_GREEN_TIM_LED_PIN ;
    
18.         GPIO_Init(COLOR_GREEN_TIM_LED_PORT，&GPIO_Initstructure) ;
    
19.         //蓝
    
20.         GPIO_Initstructure.GPIO_Pin = COLOR_BLUE_TIM_LED_PIN ;
    
21.         GPIO_Init(COLOR_BLUE_TIM_LED_PORT，&GPIO_Initstructure) ;
    % z$ N; t1 l! l( T7 g3 P% k
22. 
      L) L& a! o$ _+ I% W: c
23. }
    1 A% `& q# s9 F' a- p' I  V5 N, L# F

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与 LED 灯的基本控制不同，由于本实训直接使用定时器输出通道的脉冲信号控制LED 灯，此处代码把 GPIO 相关的引脚都配置成了复用推挽输出模式。其中由于红灯使用的引脚需要用到第二功能，本代码使用 COLOR_GPIO_REMAP_FUN()进行了该引脚的功能重定义操作。

3.定时器 PWM配置
配置定时器输出 PWM 的工作模式

1. //配置 COLOR_TIMx输出的PWM信号的模式，如周期、极性
   
2. static void cOLOR_TIMx_Mode_Config (void)
   
3. {
   
4.         TIM_TimeBaseInitTypeDef    TIM_TimeBaseStructure;
   
5.         TIM_OCInitTypeDef    TIM_OCInitStructure;
   & K: d% F8 h: F+ X  s" A% e" X
6.         /*设置TIM CLK时钟*/
   
7.         //使能COLOR_TIMx时钟
   2 y6 o4 j# T5 k3 E1 x/ A; W
8.         COLOR_TIM_APBxClock_FUN(COLOR_TIM_CLK,ENABLE);
   # K7 p' E! Q) h1 }
9.         /*基本定时器配置*/
   
10.         //当定时器从0计数到255，即为256次，为一个定时周期
    4 L0 l$ w$ H6 f
11.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 255;
    ( ~6 E7 q5 J5 h" F9 `* r7 Q
12.         //设置预分频
    * C8 W) F: p" }9 [5 N( J, i7 ^
13.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1999 ;
    
14.         //设置时钟分频系数:不分频(这里用不到)
    2 f' `& C  o6 }" x4 I1 y
15.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1 ;
    
16.         //向上计数模式
    ) x2 |5 x9 ^$ \+ e+ J( ]
17.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    
18.         TIM_TimeBaseInit(COLOR_TIMx，&TIM_TimeBaseStructure) ;
    
19. 
    $ }6 H+ C6 P/ N3 I  Z0 e
20. 
    6 b& E; G# }) I* T, g. R
21.         /* PwM模式配置*/
    
22.         //配置为PWN模式1
    
23.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWMl;
    ' p; P- w6 u; s. e# x5 b3 g0 L& m
24.         //使能输出
    
25.         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    / Y- Q+ Y' }2 D5 ]8 }
26.         //设置初始PWM脉冲宽度为О
    8 A# O9 A- G( L6 ^# [) l
27.         TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0 ;
    
28.         //当定时器计数值小于CCR Val时为低电平
    ( C, _) m6 r1 v' W9 a$ ~& r
29.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;
    
30.         //使能通道和预装载
    2 p( ^% \8 g3 ^: t, v# X2 i5 q, {
31.         COLOR_RED_TIM_OCxInit(COLOR_TIMx,&TIM_OCInitStructure);
    
32.         COLOR_RED_TIM_OCxPreloadConfig (COLOR_TIMx，TIM_OCPreload_Enable);
    / v* t0 D5 D. a% }/ X  O
33.         //使能通道和预装载
    
34.         COLOR_GREEN_TIM_OCxInit (COLOR_TIMx,&TIM_OCInitStructure) ;
    
35.         COLOR_GREEN_TIM_OCxPreloadConfig(COLOR_TIMx，TIM_OCPreload_Enable) ;
    / `& o; [" ^% ]
36.         //使能通道和预装载
    
37.         COLOR_BLUE_TIM_OCxInit(COLOR_TIMx，&TIM_OCInitStructure);
    - m, t  J2 f6 b' u& `5 V! Q4 p
38.         COLOR_BLUE_TIM_OCxPreloadConfig (COLOR_TIMx，TIM_OCPreload_Enable);
    & G, U/ ^) Z/ T8 L( \
39.         //使能COLOR_TIMx重载寄存器ARR
    4 i! u# o* [: Q8 Z/ A9 u
40.         TIM_ARRPreloadConfig(COLOR_TIMx,ENABLE) ;
    ( b% v2 g8 \$ b# R
41.         //使能定时器
    
42.         TIM_Cmd(COLOR_TIMx,ENABLE) ;
    
43. }
    
44. 
    * [( _: F) H3 ?! ]3 }; V

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) Y9 u- I; V; }! D- y  j! S- u本配置初始化了控制 RGB 灯用的定时器，它被配置为向上计数，TIM_Period 被配置为 255，即定时器每个时钟周期计数器加 1，计数至 255时溢出，从 0 开始重新计数；而代码中的 PWM 通道配置，当计数器的值小于输出比较寄存器 CCRx 的值时，PWM 通道输出低电平，点亮 LED 灯。所以上述代码配置把输出脉冲的单个周期分成了 256 份（注意区分定时器的时钟周期和输出脉冲周期），而输出比较寄存器 CCRx 配置的值即该脉冲周期内LED 灯点亮的时间份数，所以修改 CCRx 的值，即可控制输出[0:255]种亮度等级。
+ T; j6 Q! r+ [; f, z关于定时器中的 TIM_Prescaler 分频配置，只要让它设置使得 PWM 控制脉冲的频率足够高，让人看不出 LED 灯闪烁即可，您可以亲自修改使用其它参数测试。

4.设置混合颜色
* B2 F% J+ f1 Q* _

1. #define COLOR_TIMx TIM3
   2 M( s2 O6 k0 W. [! [
2. #define COLOR_RED_CCRx CCR2
   
3. #define COLOR_GREEN_CCRX CCR3
   4 A( t7 B' H; J/ j
4. #define COLOR_BLUE_CCRx CCR4.
   * H( ~* O! X. u# e5 X
5. /**
   
6. * @brief设置 RGB LED 的颜色
   
7. * @param rgb:要设置LED显示的颜色值格式RGB888
   6 [2 G  p+ T! O
8. * @retval 无
   
9. */
   
10. void SetRGBColor (uint32_t rgb)
    
11. {
    / n* z% F. u2 x0 `2 z# K
12. //根据颜色值修改定时器的比较寄存器值
    / j1 K  }) Q4 k% D
13. COLOR_TIMx->COLOR_RED_CCRx = (uint8_t) (rgb>>16) ;//R
    9 Z+ A/ k6 C6 H: R5 j
14. COLOR_TIMx->COLOR_GREEN_CCRx = (uint8_t) (rgb>>8); //G
    7 o) I4 _- S# Q
15. COLOR_TIMx->COLOR_BLUE_CCRx = (uint8_t) rgb;//B
    + x6 R% n3 C8 q5 d! H
16. }
    
17. /**
    
18. * @brief设置 RGB LED 的颜色
    - S( ]5 n8 ]( i. R
19. * @param rgb:要设置LED显示的颜色值
    
20. * @retval 无
    : F) e( x$ W1 d* B5 n; S4 y* D
21. */
    0 e; G- t& ]9 O1 P' c" G2 k
22. void SetColorValue (uint8_t r,uint8_t g,uint8_t b)
    
23. {
    
24. //根据颜色值修改定时器的比较寄存器值
    : r" {: k( d5 \! @2 _
25. COLOR_TIMx->COLOR_RED_CCRx = r ;//R
    
26. COLOR_TIMx->COLOR_GREEN_CCRx = g; //G
    2 W. c& {6 D$ S$ o  {  U
27. COLOR_TIMx->COLOR_BLUE_CCRx = b;//B
    : `/ N7 s. `- X9 L! k( }4 @
28. }
    

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+ n. m7 R' m# ~; _# N1 ?+ ]本工程提供 SetRGBColor 和 SetColorValue 这两个函数用于设置 RGB 灯的颜色值，这两个函数功能和原理都一样，只是输入参数格式不同，方便使用不同格式的颜色值。
" J3 ^7 q+ e- \% G9 h8 t1 H& u在代码层面，控制 RGB 灯的颜色实质就是控制各个 PWM 通道输出脉冲的占空比，而占空比可以通过设置定时器相应通道的输出比较寄存器值修改，又因为定时器已经把单个控制脉冲周期分成[0:255]份，控制时只要把 RGB888 各通道的颜色值直接赋予给输出比较寄存器即可。
) U1 o+ S/ ?% I

4 c3 [' z1 m' n1 Y; T/ n9 Z3 e5.主函数
* B. E* d3 `, t) E0 X* h9 s

1. #define SOFT_DELAY() Delay(0xFFFFFF);
   
2. 
   3 T5 c7 J1 Z. ~( a0 I. S
3. void Delay(_IO u32 nCount);
   
4. int main(void)
   
5. {
   
6.          COLOR_TIMx_LED_Init();//初始化LED灯
   6 ~6 a1 x+ V+ {
7.         while(1)
   
8.         {
   + z/ m# r" G, r  m& Q  c
9.                 //显示各种颜色
   & P- {- C  c! d. B( B/ K
10.                 SetRGBColor (0x8080ff) ;
    
11.                 SOFT_DELAY () ;
    
12.                
    3 p0 j/ n; E' }3 v
13.                 SetRGBColor (0xff8000) ;
    
14.                 SOFT_DELAY () ;
    # a3 J4 b9 g% F$ K5 q$ l  m0 c$ ?
15.                
    
16.                 SetRGBColor (0xffc90e) ; .
    , d; P. V/ c# K9 Y2 M! B
17.                 SOFT_DELAY () ;
    
18.                
    
19.                 SetColorValue(181,230,29) ;
    
20.                 SOFT_DELAY () ;
    
21.                
    
22.                 SetColorValue (255, 128, 64) ;
    
23.                 SOET_DELAY () ;
    
24. 
    
25.         }
    5 M8 Z! H+ i3 L# B7 c- p  B
26. }
    
27. void Delay(_IO uint32_t nCount)//简单的延时函数
    7 W" F2 g* j, P  N
28. {
    
29.         for(; nCount != 0; nCount--) ;
    5 |0 |$ T! d- a# ^$ g
30. 
    
31. }
    + \8 D; `) e( a5 Z! M

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main 函数中直接调用了 COLOR_TIMx_LED_Init 函数，而该函数内部又直接调用了前面 讲 解 的 GPIO 和 PWM 配 置 函 数 ： COLOR_TIMx_GPIO_Config 和COLOR_TIMx_Mode_Config。初始化完成后，在 while 循环中调用 SetRGBColor 和SetColorValue切换 RGB灯显示的颜色。

% @2 Z) u9 X( d5 ~
- ]1 t. _/ x9 b" ?总结
编译并下载本程序到开发板，给开发板上电复位，可看到 RGB彩灯显示不同的色彩。
- N9 r0 _# r" i8 i. ?' D————————————————
版权声明：清道 夫

- |, v) B5 g4 n0 y  s
% @( t/ p. ~% D8 e# q9 s0 L# h