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。

  Z! {' N/ v. O& w

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）

PWM 原理示意图

: O* v. M: p5 E/ ~8 J. ]

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。

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~

( P& h7 }, H* `- ?4 [! k4 h

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)

* V( D2 K/ X( C/ V. K

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。

PB9是被复用的

配置是比较简单的，直接生成代码即可

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. {
   2 U) X5 O4 z9 ?& k: C
3. 
   ' y0 J; k7 T0 X4 |+ [- c1 r
4.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
   % Y8 c  c$ ?1 g2 v
5.   if(timHandle->Instance==TIM4)
   
6.   {
   7 d. ^9 t) J$ B2 i3 H9 P
7.   /* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 0 */
   7 V) E9 R! W8 n7 N: W- q7 I
8. 
   + S$ [/ y4 e' G4 K9 R: n1 e
9.   /* USER CODE END TIM4_MspPostInit 0 */
   - R' J, u% k; m) k) L5 v
10. 
    
11.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    % o/ h+ L/ v' S* ]9 Q2 D( k
12.     /**TIM4 GPIO Configuration
    
13.     PB9     ------> TIM4_CH4
    
14.     */
      P. q7 y% H) ~6 E8 \- ~* X
15.     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
    
16.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    
17.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    
18.     HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
19. 
    ) l& l3 P* G2 h3 m
20.   /* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 1 */
    . G* a5 t. e( t$ ], @6 h
21. 
    
22.   /* USER CODE END TIM4_MspPostInit 1 */
    
23.   }
    ' o# A4 k% T/ E  V
24. 
    
25. }

复制代码

9 f  Q5 b: F4 K- b4 k3 b* o9 O

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

% W' m8 c) |: u% H, R

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

& I; n- H) M" M+ T# p0 H; o$ A# S9 o

关于定时器的参数是被封装在一个结构体里面的：

1. /**
   
2.   * @brief  TIM Time base Configuration Structure definition
   ' \* j  }: j( t; Q- J
3.   */
   : X3 ]- ?' k% j& b# r2 @/ e
4. typedef struct
   
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. 
   7 H7 }! u4 \% j6 b9 r3 U
9.   uint32_t CounterMode;       /*!< Specifies the counter mode.
     @+ i+ Q" a! A: ~+ L
10.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_Counter_Mode */
    
11. 
    
12.   uint32_t Period;            /*!< Specifies the period value to be loaded into the active
      s/ ]/ X$ f! t6 i
13.                                    Auto-Reload Register at the next update event.
    * p; S# g5 Z" U4 j6 I2 _
14.                                    This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF.  */
    4 ?" {( P& S' u6 _- q' s4 q
15. 
    
16.   uint32_t ClockDivision;     /*!< Specifies the clock division.
    3 d) O# p) D' S4 }- n8 q
17.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_ClockDivision */
    1 h+ }' e& q5 G; q3 f
18. 
    1 S# a5 G, Q4 w
19.   uint32_t RepetitionCounter;  /*!< Specifies the repetition counter value. Each time the RCR downcounter
    
20.                                     reaches zero, an update event is generated and counting restarts
    
21.                                     from the RCR value (N).
    * O7 K. _7 e8 ^7 t6 C, H' q
22.                                     This means in PWM mode that (N+1) corresponds to:
    
23.                                         - the number of PWM periods in edge-aligned mode
    9 R7 H( E& ]3 H- L$ H
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.
    
27.                                      Advanced timers: this parameter must be a number between Min_Data = 0x0000 and
    $ G0 D; C, u4 ~" C
28.                                      Max_Data = 0xFFFF. */
    
29. 
    # ^! G# l' N0 Y: r+ u
30.   uint32_t AutoReloadPreload;  /*!< Specifies the auto-reload preload.
      H  a! p" e4 u2 C- y
31.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_AutoReloadPreload */
    
32. } TIM_Base_InitTypeDef;

复制代码

1. /**
   
2.   * @brief  TIM One Pulse Mode Configuration Structure definition
   4 D6 e) b  Y( X. X! _; L8 j" |
3.   */
   . j) Y. Q' e/ R: s& ]9 w- N
4. typedef struct
   
5. {
   $ R5 y6 w2 ?4 N( s% q5 H
6.   uint32_t OCMode;        /*!< Specifies the TIM mode.
   2 `* V# y8 j1 h$ B$ }
7.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_and_PWM_modes */
   , u% d& K6 d. }9 m+ ]8 o6 b
8. 
   2 r4 M  r  ^# O7 M# z4 T. F
9.   uint32_t Pulse;         /*!< Specifies the pulse value to be loaded into the Capture Compare Register.
   6 Z7 y  I1 X$ H. ]
10.                                This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF */
    
11. 
    
12.   uint32_t OCPolarity;    /*!< Specifies the output polarity.
    & I6 f7 `% A; ~/ V! H, B. x
13.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_Polarity */
    
14. 
    % s" s3 d- b8 f  E) s: h
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.
    6 P. @- N; ~, Q
20.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_Idle_State
    
21.                                @note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
    
22. 
    1 \  p5 S3 V7 W" [' x2 {* R
23.   uint32_t OCNIdleState;  /*!< Specifies the TIM Output Compare pin state during Idle state.
    
24.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_N_Idle_State
    8 `8 N2 B: I; `/ p- ^  H
25.                                @note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
    ! i2 E. p8 ^5 A
26. 
    
27.   uint32_t ICPolarity;    /*!< Specifies the active edge of the input signal.
    ! l8 r6 p- x, f9 U
28.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Polarity */
    
29. 
      L5 O' Z" i5 q  \& v" p
30.   uint32_t ICSelection;   /*!< Specifies the input.
    , w- t* f7 i  w# P
31.                               This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Selection */
    0 R) ~* G1 E; U; n+ T
32. 
    
33.   uint32_t ICFilter;      /*!< Specifies the input capture filter.
    $ t2 x7 e' u0 T6 i4 c& n: I+ T
34.                               This parameter can be a number between Min_Data = 0x0 and Max_Data = 0xF */
    
35. } TIM_OnePulse_InitTypeDef;

复制代码

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...

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

$ f4 Y6 ^& O" R1 r6 y+ f1 }% ~

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

' B( q) J5 {# n. C

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{
   
2. uint16_t LedpwmVal;//占空比调整参数
   
3. uint8_t LedpwmVal_Dir:1;//调整方向，1-递增，0递减
   2 F9 K4 r5 a2 v5 Q+ f" s
4. }peripheral;

复制代码

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

0 A# x0 B# T. V- s5 Y& p. W) ]0 [

4 m, E* M2 M' t* U" E+ g1 g6 D

1. while (1)
     H& u" n# k$ U' ~+ A
2.   {
   8 J3 E4 Q2 Q" L/ Z/ h) ]. E5 ^
3.     /* USER CODE END WHILE */
   5 l0 H  h3 d0 u+ Q8 s
4. 
   , T9 J$ P0 d8 b
5.     /* USER CODE BEGIN 3 */
   6 q8 W- G) l+ `! s
6.   HAL_Delay(10);//加延时，否则变化不明显，看不到效果
   3 y; [6 y' q) `7 @/ H) F. Z* Q0 g
7.   
   
8.   if(PWM.LedpwmVal_Dir)
   
9.    PWM.LedpwmVal++;
   
10.   else
    * r, J! S, M1 p  @
11.    PWM.LedpwmVal--;
    2 |# Q' T& C" i7 U/ h( w+ C
12.   
    
13.   if(PWM.LedpwmVal>breath_UP)
    
14.    PWM.LedpwmVal_Dir=Breath_DOWN;//切换为PWM值递减状态
    
15.   
    
16.   if(PWM.LedpwmVal==Breath_DOWN)
    + [6 }# Q- ^9 R/ F, n! J
17.    PWM.LedpwmVal_Dir=1;//切换为PWM值递增状态
    
18.   
    
19. // TIM4->CCR4 = PWM.LedpwmVal;
    3 c7 x0 \# r* ]6 a0 i, Q5 |
20.   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_4,PWM.LedpwmVal);//设置占空比参数
    
21.   }

复制代码

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

: i6 N/ l% W9 D  E  l% _  q% L

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：

8 `: }* I6 c, W3 J; E, _5 `( R

转载自：Embedded小飞哥
如有侵权请联系删除
' `) v8 l8 Z4 B! [% c