前言
利用PWM控制实现全彩LED灯
/ X- o) H, Z; Z. s( e
一、相关知识
1.全彩 LED 灯简介
, `( ]$ N! q: q5 @0 T' q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


2 V) H' H0 O0 E3 u$ D/ p2 O
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。

+ s. o5 H! Z+ T! C; a  A+ ^8 x2.硬件简介
6 C/ b3 f0 \5 u4 @. PLED 硬件原理图


" ]& W  z* a" d( N
! J6 u* `3 d! \RGB 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。

5 ~0 u  D7 |8 I5 x& p: `! f0 i# K二、代码实现
" T; c9 ~9 U0 G/ U9 I# H* ]  u1.编程要点
/ g$ C0 _  u  m7 ]7 F% B初始化 RGB灯使用的 GPIO；
; j7 I/ a& F5 m) I# t. J' W/ v/ m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；
0 a2 N: h( U1 i2 Q6 E" I3 x
! }" A5 b% x4 r6 B+ A2.LED灯硬件相关宏定义
6 F. I' s3 [. M7 X/ e. K% ~color_led.h文件：

1. /********定时器通道*******/
   ; o/ |( F$ H: [$ m4 W8 I3 \/ x
2. #define  COLOR_TIMx      TIM3
   
3. 
   
4. #define  COLOR_TIM_APBxClock_FUN            RCC_APB1PeriphClockCmd
   2 ?( F9 n" N  F4 S; T
5. #define  COLOR_TIM_CLK                                        RCC_APB1Periph_TIM3
   5 v  r; W* v2 h  P" S0 _' g/ g* q1 |
6. #define  COLOR_TIM_GPIO_CLK     (RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO)
   5 H" \7 ^% v$ [8 i1 w" N0 E
7. //红灯的引脚需要重映射
   % `3 D$ x: e3 q- f; h, U! N
8. #define COLOR_GPIO_REMAP_FUN()  GPIO_PinRemapConfig(GPI0_PartialRemap_TIM3，ENABLE);
   3 F# x% O4 D, I: T/ t  j$ x
9. /********红灯*********/
   
10. #define COLOR_RED_TIM_LED_PORT   GPIOB
    / O1 S- W. W+ E) i! W! p8 H
11. #define COLOR_RED_TIM_LED_PIN   GPIO_Pin_5
    6 c8 E+ m2 {9 u7 l1 Q* U
12. 
      F6 \+ z! E" v7 P$ U& X. q
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
    ) ^' p+ n) ^" H; n: t
15. 
    2 ^) P" \* Z8 C$ d' `6 o
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
    8 Z+ s; [, z) T) C
20. 
    " w5 ]) I# o" H
21. /************绿灯***********/
    
22. 
    
23. #define COLOR_GREEN_TIM_LED_PORT   GPIOB
    
24. #define COLOR_GREEN_TIM_LED_PIN   GPIO_Pin_0
    
25. 
    9 p) R8 R/ j& t( G6 P3 h
26. #define COLOR_GREEN_TIM_OCxInit    TIM_0C3Init      //初始化通道函数
    
27. #define COLOR_GREEN_TIM_OCxPreloadconfig      TIM_OC3Preloadconfig//通道重载配置函数
    + Z3 z7 m* c7 U0 }) h
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
    
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 m; m" x: z% A$ j4 _$ A* S1 M: D
30. #define COLOR_GREEN_CCRx    CCR3
    $ S& A5 f& E( t( V1 Z9 p1 d
31. 
    
32. /************蓝灯***********/
    1 e( C/ Q) i( V4 _' x, b. `  g
33. 
    8 m$ k% C+ A$ |/ U# h: ~4 r3 c
34. #define COLOR_BLUE_TIM_LED_PORT   GPIOB
    . @+ M$ X2 E3 o9 C; A
35. #define COLOR_BLUE_TIM_LED_PIN   GPIO_Pin_1
    % Q& B8 \' C0 |+ ^, A( _' J
36. 
    
37. #define COLOR_BLUE_TIM_OCxInit    TIM_0C4Init      //初始化通道函数
    
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
    
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. 
    5 h" g! I: f+ C2 _* Y3 y
43. 
    - N/ j  U. V! ^$ B
44. 
    
45. 
    ) v5 p& C, W' l

复制代码

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。
$ D& j! _2 p- }7 \
" X6 \1 X! j& v3 h2.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
   
2. 
   
3. static void COLOR_TIMx_GPIO_Config (void)
   
4. {
   - P! N, Z, l- M  {+ s" |; d; b
5.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   ' a0 o+ k6 @$ @# d) \$ Q7 P" e
6.         /* GPIo clock enable */
   
7.         RCC_APB2PeriphClockCmd (COLOR_TIM_GPIO_CLK,ENABLE);
   . [: w, b4 H& X+ s3 E. Q; x/ }
8.         //IO设置
   # ~; l0 g  w1 R# Y6 _' e* ~. I
9.         COLOR_GPIO_REMAP_FUN () ;
   
10.         /*配置LED灯用到的引脚*/
    - K+ Q- G  r( f% q
11.         //红
    
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
    / X+ {  E2 a1 W! o
14.         GPIO_Initstructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
15.         GPIO_Init(COLOR_RED_TIM_LED_PORT,&GPIO_Initstructure) ;
    
16.         //绿
    3 r5 ]  d' b7 E
17.         GPIO_Initstructure.GPIO_Pin = COLOR_GREEN_TIM_LED_PIN ;
    
18.         GPIO_Init(COLOR_GREEN_TIM_LED_PORT，&GPIO_Initstructure) ;
    
19.         //蓝
    ( i! @% U6 e4 ]' |! x" {
20.         GPIO_Initstructure.GPIO_Pin = COLOR_BLUE_TIM_LED_PIN ;
    
21.         GPIO_Init(COLOR_BLUE_TIM_LED_PORT，&GPIO_Initstructure) ;
    
22. 
    % V! C' Y, m% o0 N) p' Q" T
23. }
    $ W1 L4 g5 d/ ~) D

复制代码

4 e* A3 [& N7 m* t& F2 y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。
4 |$ d8 L  M3 }6 L
" X' a0 Y# I. d' u, ]* l; u3.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. {
   # [% \  r) O7 W+ z+ K3 Q+ w
4.         TIM_TimeBaseInitTypeDef    TIM_TimeBaseStructure;
   
5.         TIM_OCInitTypeDef    TIM_OCInitStructure;
   
6.         /*设置TIM CLK时钟*/
   
7.         //使能COLOR_TIMx时钟
   ( D3 \" E8 ^9 i7 i/ j: d2 u; m$ }
8.         COLOR_TIM_APBxClock_FUN(COLOR_TIM_CLK,ENABLE);
   
9.         /*基本定时器配置*/
   % ^; q* [# [/ _) m+ S
10.         //当定时器从0计数到255，即为256次，为一个定时周期
    
11.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 255;
    2 i5 d* t2 B) k6 V3 V8 d
12.         //设置预分频
    + t- L4 Y7 P5 b# S2 n% [
13.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1999 ;
    
14.         //设置时钟分频系数:不分频(这里用不到)
    $ B( w5 n8 i2 Z* A* `6 e0 Y
15.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1 ;
    " h0 F4 N  Q; g, c' D
16.         //向上计数模式
    
17.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    & i# s3 E3 g7 u( {) ^
18.         TIM_TimeBaseInit(COLOR_TIMx，&TIM_TimeBaseStructure) ;
    
19. 
    
20. 
    
21.         /* PwM模式配置*/
    , Y  m- p; T5 P) ~2 A+ b- c# K. I* C( c
22.         //配置为PWN模式1
    . P9 ?8 i/ E# U2 ~4 l1 H3 n9 J, {  k
23.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWMl;
    1 l+ a- t2 j$ A% P+ ~5 }- ]3 ~
24.         //使能输出
    ) E) y( y' V+ Y
25.         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    % t* h* n4 ~- g; B' M( k
26.         //设置初始PWM脉冲宽度为О
    " z, s/ ^5 _  Q' s
27.         TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0 ;
    & Z* @3 a4 f* X% C  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
    - T; m/ s4 v4 w$ T+ v
31.         COLOR_RED_TIM_OCxInit(COLOR_TIMx,&TIM_OCInitStructure);
    
32.         COLOR_RED_TIM_OCxPreloadConfig (COLOR_TIMx，TIM_OCPreload_Enable);
      D- t; {9 D$ ~' @# Z' u4 [
33.         //使能通道和预装载
    ! T; |+ ~" |4 v) |2 C+ C! u
34.         COLOR_GREEN_TIM_OCxInit (COLOR_TIMx,&TIM_OCInitStructure) ;
    
35.         COLOR_GREEN_TIM_OCxPreloadConfig(COLOR_TIMx，TIM_OCPreload_Enable) ;
    
36.         //使能通道和预装载
    5 Z+ ~! A3 V! M% ?4 R& L
37.         COLOR_BLUE_TIM_OCxInit(COLOR_TIMx，&TIM_OCInitStructure);
    5 f6 v1 q; ^1 S1 v' t$ ?# ~- r
38.         COLOR_BLUE_TIM_OCxPreloadConfig (COLOR_TIMx，TIM_OCPreload_Enable);
    
39.         //使能COLOR_TIMx重载寄存器ARR
    7 X/ @( v7 S8 {9 A# ]" H# _( N
40.         TIM_ARRPreloadConfig(COLOR_TIMx,ENABLE) ;
    
41.         //使能定时器
    
42.         TIM_Cmd(COLOR_TIMx,ENABLE) ;
    
43. }
    ( ~! N9 n' f) k0 ]8 M
44. 
    

复制代码

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。
( ]. V  A3 d4 u, L' c! P# o+ ]
1 Y$ z7 ~; i" p+ F4.设置混合颜色
* ?$ i1 f, B" g* [

1. #define COLOR_TIMx TIM3
   
2. #define COLOR_RED_CCRx CCR2
   $ k: \# X  K9 \6 \! r3 S
3. #define COLOR_GREEN_CCRX CCR3
   
4. #define COLOR_BLUE_CCRx CCR4.
   7 O- [" P* {% ~
5. /**
   # x2 C/ I, P+ P
6. * @brief设置 RGB LED 的颜色
     M" E! d7 M  E6 J
7. * @param rgb:要设置LED显示的颜色值格式RGB888
   
8. * @retval 无
   : Z. e9 U7 ^, u  O- O6 J8 m; k6 w
9. */
   
10. void SetRGBColor (uint32_t rgb)
    
11. {
    
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
    4 _" E) V& V5 h% V+ `4 P
14. COLOR_TIMx->COLOR_GREEN_CCRx = (uint8_t) (rgb>>8); //G
      j) q0 B; X0 h0 q  }( r
15. COLOR_TIMx->COLOR_BLUE_CCRx = (uint8_t) rgb;//B
    
16. }
    7 o- G. s8 X4 w6 q- r
17. /**
    ; [% v( e, M, ?' W- w0 M4 H5 O
18. * @brief设置 RGB LED 的颜色
    3 W9 f1 q% `3 x8 e" B6 y
19. * @param rgb:要设置LED显示的颜色值
    
20. * @retval 无
    
21. */
    
22. void SetColorValue (uint8_t r,uint8_t g,uint8_t b)
      U0 I$ o+ a/ ?. x7 u% I) Y
23. {
    % {. u5 x5 B2 g  L# _6 \% j3 t
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
    0 H( e$ S7 Z* M5 s2 h4 q
26. COLOR_TIMx->COLOR_GREEN_CCRx = g; //G
    2 H) A2 M$ l# q" z
27. COLOR_TIMx->COLOR_BLUE_CCRx = b;//B
    # t; r* E& J" C4 f3 t* |" \* }% @
28. }
    

复制代码

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。
! }: }# J$ C% e4 M

5.主函数
9 j; ^( Z( e4 F* c/ t6 G

1. #define SOFT_DELAY() Delay(0xFFFFFF);
   2 ?7 ?$ Y- |0 }* d
2. 
   
3. void Delay(_IO u32 nCount);
   + _: s( T: F6 y% B+ b( o1 Q5 T0 b
4. int main(void)
   ) d0 R. V2 W) _* w" h/ f, g0 z+ e& @! r8 ?
5. {
   " j, J5 p# L5 K/ v
6.          COLOR_TIMx_LED_Init();//初始化LED灯
   * R* B6 c, n4 c6 {" J  Q
7.         while(1)
   
8.         {
   
9.                 //显示各种颜色
   
10.                 SetRGBColor (0x8080ff) ;
    
11.                 SOFT_DELAY () ;
    1 j& g8 z# C6 c0 @" H; d+ u4 z) A
12.                
    
13.                 SetRGBColor (0xff8000) ;
    
14.                 SOFT_DELAY () ;
    ( F  i# O# J2 e7 _8 Y
15.                
    
16.                 SetRGBColor (0xffc90e) ; .
    
17.                 SOFT_DELAY () ;
    % y; M/ ?$ ]; W" E. ^
18.                
    " z- q! B% t" S4 Z+ A
19.                 SetColorValue(181,230,29) ;
    " X3 H# t& n. X; R% Y* q
20.                 SOFT_DELAY () ;
    
21.                
    
22.                 SetColorValue (255, 128, 64) ;
    ( Z# q& t, s4 n/ y* ]' G) H" X
23.                 SOET_DELAY () ;
    ! x( V9 S3 Q- V/ ~3 O
24. 
    
25.         }
    " x( K- q* M4 {4 v4 l
26. }
    4 |; u. ^- K0 }0 H; h. z1 p
27. void Delay(_IO uint32_t nCount)//简单的延时函数
    + B8 M6 p, J* \5 ]6 F" V  C5 f& z
28. {
    % s3 F6 q9 u- a* T
29.         for(; nCount != 0; nCount--) ;
    + j' j, Y1 q; G5 X  V$ r
30. 
    * H) j$ `: v3 s9 p
31. }
    + J5 Y( z/ M# t% q6 V& a: f( p; {% m

复制代码

& r. }) K. m! _% i$ w: B3 k! ?, b' {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。

5 A' |- w  W3 ^3 j7 F; e9 a. U% 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。
+ ]3 w+ {& S7 V( A8 h2 s1 I$ {; K- G* Y————————————————
* f& |" y7 f, Q9 d6 V( t版权声明：清道 夫
, b4 O5 [5 ?, C% e% W
0 z: L% M1 j8 W& X) Y2 F
3 ]7 |: G6 z/ w