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。

% D; S' @% P( v# |: A

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）

- R. |0 Z) d6 t

PWM 原理示意图

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~

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)

$ A8 d( v# W7 t6 Z4 D! s8 }

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。

0 T0 O- a2 K7 \/ V

PB9是被复用的

: n% v" C* i5 f

配置是比较简单的，直接生成代码即可

( r! U6 B- S0 r8 r! o9 |- T+ U9 N

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. {
   
3. 
   
4.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
   
5.   if(timHandle->Instance==TIM4)
   
6.   {
   
7.   /* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 0 */
   % g# U& e1 E- p7 s# J8 W6 z; t. \
8. 
   
9.   /* USER CODE END TIM4_MspPostInit 0 */
   # O" t6 l3 ~/ h, [1 y% ^# j
10. 
    4 A, m# n- T) d$ i
11.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
12.     /**TIM4 GPIO Configuration
    0 t- f9 ^1 T& G& O; K6 h- g
13.     PB9     ------> TIM4_CH4
    ( X6 T% h& A& ]0 o! w( g2 j
14.     */
    7 q3 k! \  o2 r* I
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. 
    
20.   /* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 1 */
    / ~2 H5 _. n# g: t$ F
21. 
    
22.   /* USER CODE END TIM4_MspPostInit 1 */
    
23.   }
    
24. 
    
25. }

复制代码

$ o. [) i/ m& l" g

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

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

关于定时器的参数是被封装在一个结构体里面的：

1. /**
   0 R& x, \( w" V8 S4 i) M
2.   * @brief  TIM Time base Configuration Structure definition
   
3.   */
   1 a; t' {1 d1 w; e* i
4. typedef struct
   9 ]4 C, R$ y$ O/ n
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 */
   4 n; j* E, X+ z8 [; o) @
8. 
   * W& U# V8 u3 W% R1 d
9.   uint32_t CounterMode;       /*!< Specifies the counter mode.
   , M% z' w' |2 [" o6 Q: N
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
    ! R6 F' t  U" V  _! w
13.                                    Auto-Reload Register at the next update event.
    ' p% r- |% h" R
14.                                    This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF.  */
    
15. 
    . P! V& g; ?" l3 p) ^4 k) Z8 J
16.   uint32_t ClockDivision;     /*!< Specifies the clock division.
    " I, \9 U. ~* ~: i, u( i; Z6 X
17.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_ClockDivision */
    
18. 
    " _8 Z- O+ J2 ]5 d
19.   uint32_t RepetitionCounter;  /*!< Specifies the repetition counter value. Each time the RCR downcounter
    ! W- I+ A+ S& s% m- R! J& @
20.                                     reaches zero, an update event is generated and counting restarts
      ]) L% q; U# Z
21.                                     from the RCR value (N).
    0 P# |" @6 [5 K
22.                                     This means in PWM mode that (N+1) corresponds to:
    
23.                                         - the number of PWM periods in edge-aligned mode
    5 Z! w" m* m/ K3 j0 W  r8 k
24.                                         - the number of half PWM period in center-aligned mode
    7 t% d, @$ N+ J9 Q4 Q3 e( j
25.                                      GP timers: this parameter must be a number between Min_Data = 0x00 and
    
26.                                      Max_Data = 0xFF.
    9 b& p6 k' m! B/ i9 y
27.                                      Advanced timers: this parameter must be a number between Min_Data = 0x0000 and
    8 @0 W! h% ^8 y" q5 m; k. I% b
28.                                      Max_Data = 0xFFFF. */
    . L0 W8 L5 l3 [& p8 J; K
29. 
    
30.   uint32_t AutoReloadPreload;  /*!< Specifies the auto-reload preload.
    
31.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_AutoReloadPreload */
    - t' _0 [9 z$ F. L% Z6 }, f
32. } TIM_Base_InitTypeDef;

复制代码

1. /**
   ' S1 m" \8 w6 I3 s) H
2.   * @brief  TIM One Pulse Mode Configuration Structure definition
   
3.   */
   % S5 J5 J/ {# k/ N. V1 q) T
4. typedef struct
   
5. {
   " P- r' Q6 D" k. c' Y0 s
6.   uint32_t OCMode;        /*!< Specifies the TIM mode.
   
7.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_and_PWM_modes */
   
8. 
   
9.   uint32_t Pulse;         /*!< Specifies the pulse value to be loaded into the Capture Compare Register.
   
10.                                This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF */
    
11. 
    / k! L0 l# K" h) S0 g& G( n
12.   uint32_t OCPolarity;    /*!< Specifies the output polarity.
    " ~, e4 a/ m9 {6 l# y& Z8 I
13.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_Polarity */
      @! M. i- L7 `5 G# z
14. 
    2 |0 L. P: {; b2 w7 |+ t; ?
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. */
      y0 d; p) T, |" M; ?7 S# L. h7 n
18. 
    
19.   uint32_t OCIdleState;   /*!< Specifies the TIM Output Compare pin state during Idle state.
    
20.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_Idle_State
    * T" p! i* @. j. o) q
21.                                @note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
    / g( z/ |" ]1 N: S- K, Z/ A0 f/ g
22. 
    
23.   uint32_t OCNIdleState;  /*!< Specifies the TIM Output Compare pin state during Idle state.
    4 J4 I; ?; D- C7 o8 _$ f
24.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_N_Idle_State
    
25.                                @note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
    
26. 
    ' D  O! B0 E6 |3 V* T2 Z
27.   uint32_t ICPolarity;    /*!< Specifies the active edge of the input signal.
    5 b5 a! o% T9 W$ ?
28.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Polarity */
    
29. 
    0 {- @8 T4 K# a! S9 X8 I* L
30.   uint32_t ICSelection;   /*!< Specifies the input.
    
31.                               This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Selection */
    
32. 
    
33.   uint32_t ICFilter;      /*!< Specifies the input capture filter.
    
34.                               This parameter can be a number between Min_Data = 0x0 and Max_Data = 0xF */
    $ N" L. E; S5 d
35. } TIM_OnePulse_InitTypeDef;

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. |- I6 z; Z* B/ p3 N" v

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...

# O$ l* J- N7 V8 a' L: X  N

7 K+ p  [; V) m( r

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

0 d: Q5 O- ^; J2 o3 f! m& h

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

: a' g, n/ w/ i

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{
   " d0 d" v: D1 m! q! `9 ?9 i$ O
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
   
4. }peripheral;

复制代码

% j: R! d& e4 I$ c5 r

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

2 G; J( z1 U- a  e1 \5 s# S

0 C! F8 y' N- Q, f

1. while (1)
   
2.   {
   
3.     /* USER CODE END WHILE */
   * |5 O( t, T3 e3 [- X
4. 
   4 \* N! p. C; x5 X
5.     /* USER CODE BEGIN 3 */
   : _7 x, u  J+ o/ E0 `1 d
6.   HAL_Delay(10);//加延时，否则变化不明显，看不到效果
   
7.   
   
8.   if(PWM.LedpwmVal_Dir)
   
9.    PWM.LedpwmVal++;
   
10.   else
    , q/ M2 Q- Q4 D. Q' d
11.    PWM.LedpwmVal--;
    
12.   
    
13.   if(PWM.LedpwmVal>breath_UP)
    
14.    PWM.LedpwmVal_Dir=Breath_DOWN;//切换为PWM值递减状态
    
15.   
    1 W- L' K9 ?5 j! X9 b3 l
16.   if(PWM.LedpwmVal==Breath_DOWN)
    8 R- S+ x* E) `& C
17.    PWM.LedpwmVal_Dir=1;//切换为PWM值递增状态
    
18.   
    
19. // TIM4->CCR4 = PWM.LedpwmVal;
    8 x! \9 x6 N# W& M3 A/ y
20.   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_4,PWM.LedpwmVal);//设置占空比参数
    5 Y# Q1 X: Q2 d$ c6 ~3 z
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

! u  R, |6 p9 }/ E

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：

  Y7 F1 C0 M# e- b

递减效果：

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