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。

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）

. L7 ?+ |0 s+ Y; H0 `3 q5 `. G
; ^9 U' v: o  b* \& D

# n' \* w. k. I3 f: |7 @& r

PWM 原理示意图

: N) M- f9 _+ \6 |

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。

0 {: G6 b- x; U

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~

4 _8 b. k/ a1 }# X2 f6 {- U

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

; Q& H8 h4 w6 |* g! K

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)

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。

' b  R% i8 A& ~! L

PB9是被复用的

: n! i& M5 y" v- m

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)
   0 Q3 I: e3 G2 T5 U0 O4 ~# J
2. {
   6 E# Y9 i: i- F; q* l9 m$ T1 e
3. 
   % @: D6 \- \9 B
4.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
   
5.   if(timHandle->Instance==TIM4)
   
6.   {
   & E! V! v4 R* m
7.   /* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 0 */
   
8. 
   
9.   /* USER CODE END TIM4_MspPostInit 0 */
   
10. 
    , \7 |, @, a2 w! t
11.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    ( d/ }4 I) Q; e% s
12.     /**TIM4 GPIO Configuration
    
13.     PB9     ------> TIM4_CH4
    ! y: e# H+ F! k" M( P4 a0 y4 {, G
14.     */
    ( |8 {9 `2 f$ a" |+ }, M/ z
15.     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
    0 G$ H4 ?! k, y6 I
16.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    : X& {% i6 c% g# y% {- D
17.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    
18.     HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
19. 
    
20.   /* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 1 */
    / j- m, ^7 c5 Q& w5 t
21. 
    , O8 a" |, ]! t3 u/ l
22.   /* USER CODE END TIM4_MspPostInit 1 */
    
23.   }
    ) J. L5 F- t* T2 o
24. 
    
25. }

复制代码

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

# K1 l. Q+ P/ p

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

" W7 j% ]. |0 @% q; i

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
   - m" d& H( d9 _9 D: F( u
3.   */
   
4. typedef struct
   
5. {
   
6.   uint32_t Prescaler;         /*!< Specifies the prescaler value used to divide the TIM clock.
   0 V' I" s7 x8 E3 f( Y; ~
7.                                    This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF */
   * O0 `' K( ]3 T- `  |) G
8. 
   
9.   uint32_t CounterMode;       /*!< Specifies the counter mode.
   8 p6 z$ q. ~& E, {7 u3 [+ m- v" \
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
    
13.                                    Auto-Reload Register at the next update event.
    
14.                                    This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF.  */
    2 w4 r1 M) b' ]8 j1 E
15. 
    
16.   uint32_t ClockDivision;     /*!< Specifies the clock division.
    
17.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_ClockDivision */
    
18. 
    ) [& V" f# V4 @" Y& t9 X
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).
    4 O- R% k+ c/ e" v! W& c- m
22.                                     This means in PWM mode that (N+1) corresponds to:
    1 V. J9 `. T( R3 J1 \1 K, X
23.                                         - the number of PWM periods in edge-aligned mode
    
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
    + P8 }9 P3 n: ?; U$ i! J
26.                                      Max_Data = 0xFF.
    
27.                                      Advanced timers: this parameter must be a number between Min_Data = 0x0000 and
    
28.                                      Max_Data = 0xFFFF. */
    
29. 
    
30.   uint32_t AutoReloadPreload;  /*!< Specifies the auto-reload preload.
    
31.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_AutoReloadPreload */
    , c% i/ f4 @, w# w
32. } TIM_Base_InitTypeDef;

复制代码

1. /**
   ) o8 u( a* M- h% w$ w- A
2.   * @brief  TIM One Pulse Mode Configuration Structure definition
   
3.   */
   
4. typedef struct
   3 f+ o: w" D- X' `1 b
5. {
   , b+ j2 H& _  u! ?0 R6 ^% P
6.   uint32_t OCMode;        /*!< Specifies the TIM mode.
   
7.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_and_PWM_modes */
   ( e) D5 s; T( h% h) _3 Z, z1 a
8. 
   2 v; E7 a6 ?/ \' L/ @, Y/ R
9.   uint32_t Pulse;         /*!< Specifies the pulse value to be loaded into the Capture Compare Register.
   / f; H& B, u6 P/ N: Z) ~' j( b8 a3 Y
10.                                This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF */
    9 f$ r! q% \, ~% u0 b! L. y
11. 
    
12.   uint32_t OCPolarity;    /*!< Specifies the output polarity.
    & m, k: k$ K: I& c
13.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_Polarity */
    ; K1 H' H- `  B5 P# N, U8 w
14. 
    
15.   uint32_t OCNPolarity;   /*!< Specifies the complementary output polarity.
    * y3 f& m9 r% h
16.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_N_Polarity
    3 i- m0 p( c+ Q+ o+ ?- {/ f
17.                                @note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
    
18. 
    ! m- T7 M9 Q. y$ |
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
    3 n/ K+ r9 B  _+ p
21.                                @note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
    
22. 
    3 |& G# j* N+ m8 l% y( g
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
    
25.                                @note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
    4 a, m: ]( L4 |' n5 h* `, q7 w
26. 
    8 ~/ W, m  F( p, A
27.   uint32_t ICPolarity;    /*!< Specifies the active edge of the input signal.
    
28.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Polarity */
    
29. 
    / P0 l5 G3 Z4 ~7 S/ X6 E
30.   uint32_t ICSelection;   /*!< Specifies the input.
    . ]$ ^. v2 N7 |0 [% {- _: m
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 */
    
35. } TIM_OnePulse_InitTypeDef;

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; K: J$ F# G2 i8 ]7 m

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...

. t' C2 ^( D8 e/ p: n  H3 Y

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。

$ l: L! s+ |" A" X% e* C% o

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

" |/ Z2 T, u( p- E; e

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

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
   
4. }peripheral;

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+ m9 P$ ~' z& P- V: a3 w% J2 b

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

9 Q$ ?/ w8 n7 M2 q% O

1. while (1)
   
2.   {
   # C# B. S, ]% D# U' d. r
3.     /* USER CODE END WHILE */
   ! h1 `" B* y% _  R0 r. |- z
4. 
   
5.     /* USER CODE BEGIN 3 */
   ' v" R, ]6 B$ H5 l" v- P
6.   HAL_Delay(10);//加延时，否则变化不明显，看不到效果
   
7.   
   , f& J: X! L! o
8.   if(PWM.LedpwmVal_Dir)
   
9.    PWM.LedpwmVal++;
   
10.   else
    ' y+ N- m, r) R" W& E8 Y
11.    PWM.LedpwmVal--;
    
12.   
    
13.   if(PWM.LedpwmVal>breath_UP)
    ) u2 h5 V7 l0 j5 F7 R
14.    PWM.LedpwmVal_Dir=Breath_DOWN;//切换为PWM值递减状态
    
15.   
    ! v! X  P% e1 _0 U# x
16.   if(PWM.LedpwmVal==Breath_DOWN)
    
17.    PWM.LedpwmVal_Dir=1;//切换为PWM值递增状态
    
18.   
    0 q. h) l1 b1 x1 e! [
19. // TIM4->CCR4 = PWM.LedpwmVal;
    
20.   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_4,PWM.LedpwmVal);//设置占空比参数
    
21.   }

复制代码

5 c' E' ^# m, F) B, L

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

; r/ W! S4 m! s% g

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：

& o5 J2 G5 o7 P. U/ }% a

  F4 @+ y, D5 {0 {$ A

递减效果：

1 O# t! E8 `0 W! ], F7 h& }

转载自：Embedded小飞哥
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. i# b' }; X& P; C2 q1 V8 n9 E
2 F, T) f/ |, v' @/ |
; q  ~+ Q" D% i1 ~9 G