前言
6 n' `" ]/ f6 Q9 k; Y, w5 \/ U利用PWM控制实现全彩LED灯

一、相关知识
) ?, k* S6 M4 d2 Z; ^1.全彩 LED 灯简介
# r$ ]+ d; v# t, ^" B! \6 n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。
$ _+ I! B: n+ m. ]
7 n1 a% x) C$ j: c( g" C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


# Z  f0 [; f# A) C, v1 ~$ N: c7 Z
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。
; x% S- k) u/ y0 v+ i8 U; G
& ~' v. C( _! r; i5 }  d+ D) C- W2.硬件简介
LED 硬件原理图
% ?2 c( I7 Q- K: w& O) J


3 F( b: H; K# B1 p2 {7 [RGB 灯使用阴极分别连接到了 PB5、PB0 及 PB1，它们分别是定时器
! w% b7 ^0 G! K9 w8 m5 ?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。
  u) r& H7 x& {' l8 `$ Q/ j
二、代码实现
" N% o$ `( w, S# O# o3 v/ v3 _1.编程要点
; O  ~% W# a  @+ B0 G3 J) O  @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；
( Y1 a0 [% ?9 O" H) h
6 z: R7 i: L' E; A2.LED灯硬件相关宏定义
. @: N5 f; |' A. J& Tcolor_led.h文件：

1. /********定时器通道*******/
   & ]& u/ q6 G- t. [4 ]* y7 \- A
2. #define  COLOR_TIMx      TIM3
   ) Q) F' E) y) a
3. 
   
4. #define  COLOR_TIM_APBxClock_FUN            RCC_APB1PeriphClockCmd
   & a& N! @1 s: Q! ~  |/ s
5. #define  COLOR_TIM_CLK                                        RCC_APB1Periph_TIM3
   . P- {1 e3 ]$ [8 z; S/ T% u
6. #define  COLOR_TIM_GPIO_CLK     (RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO)
   
7. //红灯的引脚需要重映射
   
8. #define COLOR_GPIO_REMAP_FUN()  GPIO_PinRemapConfig(GPI0_PartialRemap_TIM3，ENABLE);
   
9. /********红灯*********/
   2 h  X; b+ x( S  a: n
10. #define COLOR_RED_TIM_LED_PORT   GPIOB
    
11. #define COLOR_RED_TIM_LED_PIN   GPIO_Pin_5
    
12. 
    0 I1 Z0 w# F& D2 ]& [1 E# F
13. #define COLOR_RED_TIM_OCxInit    TIM_0C2Init      //初始化通道函数
    : I5 ?+ r4 M; T( G9 x, m3 Q1 V
14. #define COLOR_RED_TIM_OCxPreloadconfig      TIM_OC2Preloadconfig//通道重载配置函数
    
15. 
    
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
    
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
    
18. 
    
19. #define COLOR_RED_CCRx    CCR2
    9 y6 O; C5 ]5 H% B- x3 i1 x
20. 
    
21. /************绿灯***********/
    3 c+ b* r! O3 R, t  \
22. 
    , e9 p1 m7 m3 r
23. #define COLOR_GREEN_TIM_LED_PORT   GPIOB
    
24. #define COLOR_GREEN_TIM_LED_PIN   GPIO_Pin_0
    
25. 
      O& _' W4 T8 D8 K
26. #define COLOR_GREEN_TIM_OCxInit    TIM_0C3Init      //初始化通道函数
    0 ]/ a+ E* x/ a$ y
27. #define COLOR_GREEN_TIM_OCxPreloadconfig      TIM_OC3Preloadconfig//通道重载配置函数
    
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
    ! z8 @2 E5 E( Z* o' G5 g7 a- R
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
    ! x2 ]3 M+ ]4 c2 |0 m
30. #define COLOR_GREEN_CCRx    CCR3
    
31. 
    
32. /************蓝灯***********/
    
33. 
    2 y! H6 ?& {$ S6 F# r( o
34. #define COLOR_BLUE_TIM_LED_PORT   GPIOB
    
35. #define COLOR_BLUE_TIM_LED_PIN   GPIO_Pin_1
    6 s9 m5 N- h4 ~. F1 U* O* t& u
36. 
    + m$ W! X4 P- r& J* m
37. #define COLOR_BLUE_TIM_OCxInit    TIM_0C4Init      //初始化通道函数
    0 W7 ~0 v! b8 b; \
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
    # b' x: o, q8 n1 L
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. 
    " p8 C! j# [- {3 F
44. 
    ) h- D/ g: E5 ^; d6 C& k) K/ K# V" p
45. 
    

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0 W, c/ `0 z+ c, C# l1 K0 ?3 K5 \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。

  U3 S8 o' e% s1 L' O2.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
   9 F6 i" w3 V' e5 ]3 p
2. 
   
3. static void COLOR_TIMx_GPIO_Config (void)
   
4. {
   ) g3 F$ X  r) D2 w$ [! w/ I
5.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   
6.         /* GPIo clock enable */
   
7.         RCC_APB2PeriphClockCmd (COLOR_TIM_GPIO_CLK,ENABLE);
   % W- `, Q; K' u# w8 l
8.         //IO设置
   
9.         COLOR_GPIO_REMAP_FUN () ;
   
10.         /*配置LED灯用到的引脚*/
    0 S1 A6 }, ]9 W/ Z* z9 M1 n
11.         //红
    0 J- e# y# W5 R: k' W4 x8 P
12.         GPIO_Initstructure.GPIO_Pin = COLOR_RED_TIM_LED_PIN ;
    ; \% M0 l% s+ A& T, l) w# D( C. T' E9 _
13.         GPIO_Initstructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;     //复用推挽输出
    
14.         GPIO_Initstructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    * B$ C4 [& n3 B4 c7 {- V( U4 y
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
    2 W/ U3 \: b4 c9 h; R
20.         GPIO_Initstructure.GPIO_Pin = COLOR_BLUE_TIM_LED_PIN ;
    - \. E& ~; Y" ^6 l+ V
21.         GPIO_Init(COLOR_BLUE_TIM_LED_PORT，&GPIO_Initstructure) ;
    
22. 
    
23. }
    

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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。
0 z2 I+ \& J* n# M
3.定时器 PWM配置
配置定时器输出 PWM 的工作模式
) E' A0 b. M' J1 `/ F' S$ p

1. //配置 COLOR_TIMx输出的PWM信号的模式，如周期、极性
   3 X$ v- P+ t- d& u1 X
2. static void cOLOR_TIMx_Mode_Config (void)
   
3. {
   
4.         TIM_TimeBaseInitTypeDef    TIM_TimeBaseStructure;
   
5.         TIM_OCInitTypeDef    TIM_OCInitStructure;
   ! a9 M. e: e% X/ M% O8 V" k
6.         /*设置TIM CLK时钟*/
   6 I3 l8 K) G- z' l
7.         //使能COLOR_TIMx时钟
   & g5 a* @) Z4 `# Q" y
8.         COLOR_TIM_APBxClock_FUN(COLOR_TIM_CLK,ENABLE);
   
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
    7 u( n& y2 j6 W: b" t
11.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 255;
    
12.         //设置预分频
    
13.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1999 ;
    
14.         //设置时钟分频系数:不分频(这里用不到)
    
15.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1 ;
    . s2 l9 y; Y6 q( x- `
16.         //向上计数模式
    ) k! X1 Q2 T7 p$ L- ?2 m3 X3 I1 m
17.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    ( I6 P1 i& q- w- z6 B) \
18.         TIM_TimeBaseInit(COLOR_TIMx，&TIM_TimeBaseStructure) ;
    6 B0 k: @! E2 M% F6 p
19. 
    % `; d  `' W, P+ L- k
20. 
    
21.         /* PwM模式配置*/
    2 e) R2 I' s$ G6 \! x
22.         //配置为PWN模式1
    
23.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWMl;
    ; `( ~4 j5 X' C5 O% \% b3 r! q
24.         //使能输出
    * X, E& p# S" X% q, ^
25.         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    ' G) O8 g. d3 |0 j" }3 Z" M. |
26.         //设置初始PWM脉冲宽度为О
    
27.         TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0 ;
    ; O0 N9 x5 f: V! ]5 b# j! G+ Y
28.         //当定时器计数值小于CCR Val时为低电平
    
29.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;
    
30.         //使能通道和预装载
    
31.         COLOR_RED_TIM_OCxInit(COLOR_TIMx,&TIM_OCInitStructure);
    - R* L5 f4 i" d
32.         COLOR_RED_TIM_OCxPreloadConfig (COLOR_TIMx，TIM_OCPreload_Enable);
    
33.         //使能通道和预装载
    
34.         COLOR_GREEN_TIM_OCxInit (COLOR_TIMx,&TIM_OCInitStructure) ;
      V/ s3 ?& W. B. \
35.         COLOR_GREEN_TIM_OCxPreloadConfig(COLOR_TIMx，TIM_OCPreload_Enable) ;
    + ]7 o8 Z" T; v
36.         //使能通道和预装载
    8 ]- |; _, y) ]! y! u+ B- Q
37.         COLOR_BLUE_TIM_OCxInit(COLOR_TIMx，&TIM_OCInitStructure);
    : D  C2 r  r( ]+ r) I% N
38.         COLOR_BLUE_TIM_OCxPreloadConfig (COLOR_TIMx，TIM_OCPreload_Enable);
    
39.         //使能COLOR_TIMx重载寄存器ARR
    5 E( b$ X6 H5 c3 c, |/ E% H9 u2 q2 t
40.         TIM_ARRPreloadConfig(COLOR_TIMx,ENABLE) ;
    
41.         //使能定时器
    + @+ T9 @2 E8 T+ ]
42.         TIM_Cmd(COLOR_TIMx,ENABLE) ;
    
43. }
    ; c4 _, w+ t0 ~/ G! \9 k
44. 
    

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! U! P) f. p% P8 O- _3 Y/ r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。
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 M0 R$ Z- `7 \6 a" G4.设置混合颜色
4 c5 B- j' }: e) L: u

1. #define COLOR_TIMx TIM3
   * j# e% W% H6 N6 d3 B
2. #define COLOR_RED_CCRx CCR2
   : X2 p1 S3 \5 I* K9 ~: U1 F; e
3. #define COLOR_GREEN_CCRX CCR3
   
4. #define COLOR_BLUE_CCRx CCR4.
   / \% s' C) ]& F/ g! [# b
5. /**
   + H0 H* a+ a' J, ~
6. * @brief设置 RGB LED 的颜色
   / ]  K. s& ~; O/ T- q5 z
7. * @param rgb:要设置LED显示的颜色值格式RGB888
   / D  R, z4 W, K( Y) d& a8 `# V
8. * @retval 无
     G% @' P5 D# j1 K
9. */
   2 A, Y3 f/ [, [9 P  I
10. void SetRGBColor (uint32_t rgb)
    
11. {
      B( n7 v) f7 T* _! M+ z4 d
12. //根据颜色值修改定时器的比较寄存器值
    
13. COLOR_TIMx->COLOR_RED_CCRx = (uint8_t) (rgb>>16) ;//R
    / @& C9 }  Q/ n6 P, d& v% D2 Q
14. COLOR_TIMx->COLOR_GREEN_CCRx = (uint8_t) (rgb>>8); //G
    
15. COLOR_TIMx->COLOR_BLUE_CCRx = (uint8_t) rgb;//B
    ) @2 G) f7 w% K4 E! y3 B, S: m
16. }
    3 |9 U( `* V4 z- n+ Q
17. /**
    
18. * @brief设置 RGB LED 的颜色
    
19. * @param rgb:要设置LED显示的颜色值
      a, E/ j# t1 Y0 n& f# z! a# Z
20. * @retval 无
    3 |% T) ^' ~. g' Q& J2 E4 _
21. */
    $ O9 x. ^" b- B3 ^  V* o
22. void SetColorValue (uint8_t r,uint8_t g,uint8_t b)
    8 z& Y; q' n; n% {
23. {
    ; L* c% h' k5 X2 ^5 N, _7 L% u0 |
24. //根据颜色值修改定时器的比较寄存器值
    
25. COLOR_TIMx->COLOR_RED_CCRx = r ;//R
    
26. COLOR_TIMx->COLOR_GREEN_CCRx = g; //G
    
27. COLOR_TIMx->COLOR_BLUE_CCRx = b;//B
    ) n, M1 j/ S4 D5 e
28. }
    

复制代码

! _! V, N, o; }/ [  C3 x& s
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。
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。

% c1 e3 |$ I% Y7 W
- z' j/ L8 @( {( }1 p8 t5.主函数
/ ?! L1 }3 t( s  c0 H2 q/ @

1. #define SOFT_DELAY() Delay(0xFFFFFF);
   / {# b1 b1 f. k' }0 y; l
2. 
   
3. void Delay(_IO u32 nCount);
   
4. int main(void)
   
5. {
   
6.          COLOR_TIMx_LED_Init();//初始化LED灯
   
7.         while(1)
   & M- L2 F- p/ V: z
8.         {
   4 Q% Q9 f, T7 Y2 f
9.                 //显示各种颜色
   
10.                 SetRGBColor (0x8080ff) ;
    $ N# \# b; H; L4 R
11.                 SOFT_DELAY () ;
      M# i: U  O  B! M* O
12.                
    . p# o) o3 [' L& A- U: t- h
13.                 SetRGBColor (0xff8000) ;
    
14.                 SOFT_DELAY () ;
    
15.                
    
16.                 SetRGBColor (0xffc90e) ; .
    
17.                 SOFT_DELAY () ;
    
18.                
    6 O! j0 E( M: q3 \
19.                 SetColorValue(181,230,29) ;
    
20.                 SOFT_DELAY () ;
    
21.                
    # ?, @+ e/ q0 C- J
22.                 SetColorValue (255, 128, 64) ;
    - R# B" }. O) N0 p! N: R( a
23.                 SOET_DELAY () ;
    
24. 
    ; a! |+ Q, ]& G  W. M! i; S
25.         }
    : D4 q" Q! r! e9 f- D$ T* i& P
26. }
    , z3 t5 t  D3 Q, n, |
27. void Delay(_IO uint32_t nCount)//简单的延时函数
    4 J% B. l4 U$ Q% }* ~) b
28. {
    
29.         for(; nCount != 0; nCount--) ;
    
30. 
    : `. p& w* p' u
31. }
    ! Q2 ~0 x: K+ K& i: t

复制代码

+ G- p! r& u; d" V* R& i
% P# C$ V3 i% U% H# Tmain 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。
! _0 G: {) i  c* e
, s" r/ \$ j7 T2 y" L. j
5 }3 m( t8 b% ?1 Q- p6 n+ u- _1 r总结
0 L, M  J: Y5 L( _# z* J. A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。
6 }  ?; h; H4 s————————————————
5 {0 j- |3 J* p% @版权声明：清道 夫
- U& R/ L; o/ t) N