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）

1 w) a# d2 _: _& d  Y6 {0 i0 w8 A
! [4 `' t) H0 ^2 k0 O. u

2 F/ @% e: p  _3 x2 w) H" e

PWM 原理示意图

* _' D& K- g" t5 w4 }
6 M' |  u) f) m. c* R

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。

; q  B6 A+ o4 C3 O) Z. S4 Z( h

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~

6 p; }! y$ V# U4 ]/ }- ~

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

1 g: y8 T3 I: ?. e8 [

& g* k4 O1 p- {) l" d5 i: S

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)

0 F! {9 m# N" U6 \4 p( a+ I

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。

3 c- `4 u, ^0 l0 d6 o8 G

PB9是被复用的

6 m1 X  Y1 U5 c" C+ R3 V! x

配置是比较简单的，直接生成代码即可

1 e, b& S- n0 M8 i

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. {
   ; q; k/ l+ ?# ~+ i" r
3. 
   
4.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
   
5.   if(timHandle->Instance==TIM4)
   
6.   {
   ) Y, S  S) l4 D7 y
7.   /* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 0 */
   
8. 
   
9.   /* USER CODE END TIM4_MspPostInit 0 */
   
10. 
    
11.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
12.     /**TIM4 GPIO Configuration
    % F3 ?6 D9 z3 E/ C+ ?3 I& N3 q
13.     PB9     ------> TIM4_CH4
    
14.     */
    
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. 
    " D4 |4 a0 ^0 Q. a
20.   /* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 1 */
    
21. 
    
22.   /* USER CODE END TIM4_MspPostInit 1 */
    
23.   }
    ' u! d2 V( [! z" j6 T
24. 
      a& D: k8 g( J# O! k" G# k& w2 h
25. }

复制代码

* s. Z" x; q& X+ f

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

( v# R) c: X0 h/ M* H3 i0 t

关于定时器的参数是被封装在一个结构体里面的：

1. /**
   ) k, ~/ H7 M7 O
2.   * @brief  TIM Time base Configuration Structure definition
   " q, D; B( l( v$ J2 E1 C4 f
3.   */
   
4. typedef struct
   
5. {
   
6.   uint32_t Prescaler;         /*!< Specifies the prescaler value used to divide the TIM clock.
   $ M8 ~: j: {( K% b/ ?; v3 b
7.                                    This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF */
   
8. 
   2 \; |1 @0 H8 A3 f+ y$ k; g
9.   uint32_t CounterMode;       /*!< Specifies the counter mode.
   
10.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_Counter_Mode */
    
11. 
    ! v3 r5 G% i/ L- D5 G
12.   uint32_t Period;            /*!< Specifies the period value to be loaded into the active
    5 [" D: I* k+ h9 i; g- o
13.                                    Auto-Reload Register at the next update event.
    
14.                                    This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF.  */
    5 K! a9 e, O# D; X: {5 B3 ?0 J
15. 
    ) H9 t3 f1 g8 b- @5 s" w
16.   uint32_t ClockDivision;     /*!< Specifies the clock division.
    " N: h& {) Y3 L
17.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_ClockDivision */
    
18. 
    
19.   uint32_t RepetitionCounter;  /*!< Specifies the repetition counter value. Each time the RCR downcounter
    - h3 y, d' c% u* z
20.                                     reaches zero, an update event is generated and counting restarts
    
21.                                     from the RCR value (N).
    2 A5 _* }; W* C3 ^$ e: t" \
22.                                     This means in PWM mode that (N+1) corresponds to:
    ! L4 l) m/ ]+ J* Y+ H% M9 `. T" @! N
23.                                         - the number of PWM periods in edge-aligned mode
    
24.                                         - the number of half PWM period in center-aligned mode
    9 ?' ~6 n3 i, x4 J* H5 t' G- |- Z
25.                                      GP timers: this parameter must be a number between Min_Data = 0x00 and
    , X! j" O; I% S8 \" C* Z
26.                                      Max_Data = 0xFF.
    5 @. m9 R' e$ ^7 ]8 Q3 M
27.                                      Advanced timers: this parameter must be a number between Min_Data = 0x0000 and
    0 f: G; F8 e# D1 C
28.                                      Max_Data = 0xFFFF. */
    ' x% G7 v/ x# [% g; x" |9 m5 V
29. 
    
30.   uint32_t AutoReloadPreload;  /*!< Specifies the auto-reload preload.
    7 I5 }0 n; N' R5 p
31.                                    This parameter can be a value of @ref TIM_AutoReloadPreload */
    - x. z3 M4 G3 r$ [
32. } TIM_Base_InitTypeDef;

复制代码

1. /**
   
2.   * @brief  TIM One Pulse Mode Configuration Structure definition
   ' C9 p2 ^5 X3 _( D6 J' Q
3.   */
   
4. typedef struct
   ( {! [5 V+ Q" w5 t
5. {
   8 n# S' O& k7 ~: }. _+ u% `
6.   uint32_t OCMode;        /*!< Specifies the TIM mode.
   / M. [: X- }. ^6 C9 x7 K, t( n
7.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_and_PWM_modes */
   
8. 
   1 M- Z, o9 U; Q$ F5 w
9.   uint32_t Pulse;         /*!< Specifies the pulse value to be loaded into the Capture Compare Register.
   / e9 u- O6 P& ^4 ^+ x
10.                                This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF */
      ]; A2 A- M5 X
11. 
    
12.   uint32_t OCPolarity;    /*!< Specifies the output polarity.
    
13.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_Polarity */
    6 ^+ o) h7 C6 G& H6 q" E
14. 
    0 U9 p/ I, M+ R
15.   uint32_t OCNPolarity;   /*!< Specifies the complementary output polarity.
    
16.                                This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_N_Polarity
    ' ~- l: G5 y" \) f; u9 {1 L% y
17.                                @note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
    & v0 h7 i* w% K# e
18. 
    
19.   uint32_t OCIdleState;   /*!< Specifies the TIM Output Compare pin state during Idle state.
    ) m3 j- E  b# f$ B/ m  a) T
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. */
    , Z; a, m1 ~$ R9 N4 ~, l, u
22. 
    # I6 H- G( l! ?; |0 u4 W& j
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. */
    
26. 
    
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 */
    / x4 C: L) ?) V: l: Z
29. 
    ; X' Z0 A. N1 e. q9 K7 f* r; ?
30.   uint32_t ICSelection;   /*!< Specifies the input.
    & P1 D. J" ~# n: c& W
31.                               This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Selection */
    
32. 
    , h3 T7 [3 z1 [8 K/ I9 n0 `
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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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...

. h6 b0 A7 c: z( ~$ z7 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。

/ ^$ F; a; N) P) J" T7 W1 ?

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 M+ [1 E' P5 R( N& `

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

7 B$ `7 Q0 ]. W( h& ]- W- B

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{
   & j) Q& c' Z+ t/ ?
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

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

  n- _: K3 X, _0 n
7 p5 ]/ f* a) @: V$ [+ n% L* [7 g

1 a* K5 u5 v+ E+ X9 w1 I; b" k7 }9 u

1. while (1)
   
2.   {
   
3.     /* USER CODE END WHILE */
   5 n% J1 ]( e: Q/ |2 x) z
4. 
   / e7 M: b0 V$ s
5.     /* USER CODE BEGIN 3 */
   1 F' e; T, N' A: y
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
    + M/ y) ]: X' I8 ?
11.    PWM.LedpwmVal--;
    
12.   
    + p% [$ n- I% {0 `
13.   if(PWM.LedpwmVal>breath_UP)
    8 }: Y+ R" b6 `. ~, y; s* j$ U
14.    PWM.LedpwmVal_Dir=Breath_DOWN;//切换为PWM值递减状态
    
15.   
    
16.   if(PWM.LedpwmVal==Breath_DOWN)
    
17.    PWM.LedpwmVal_Dir=1;//切换为PWM值递增状态
    
18.   
    ; R" B+ I9 Y" @- S
19. // TIM4->CCR4 = PWM.LedpwmVal;
    
20.   __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_4,PWM.LedpwmVal);//设置占空比参数
    : b$ e9 H" Y3 ?) p# h6 M
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

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：

& ]) i' n" X! W3 F7 _4 [$ _

递减效果：

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! s+ I0 _# A- E3 [

% l3 ~9 \, P' x